高中物理人教版 (新课标)选修35 电磁感应现象的两类情况导学案

这是一份高中物理人教版 (新课标)选修35 电磁感应现象的两类情况导学案，文件包含专题06自感互感与涡流学生版docx、专题06自感互感与涡流教师版docx等2份学案配套教学资源，其中学案共32页， 欢迎下载使用。

二、知识点解析
1．互感与自感
(1)互感
①现象：如图所示电路中，两个线圈之间并没有导线相连，但当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势，这种现象叫做互感现象．
②互感电动势：在互感现象中产生的电动势叫做互感电动势．
(2)自感
①现象
如图(a)所示，闭合开关S瞬间，灯泡并不会直接变亮，而是会随着时间推移逐渐变亮，最后稳定；如图(b)所示，断开开关S瞬间，灯泡不会直接熄灭，而是会随着时间推移逐渐变暗，最终熄灭．
②定义：由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象．
③原理：由法拉第电磁感应定律知道，穿过线圈的磁通量发生变化时，线圈中就产生感应电动势．在自感现象中，由于流过线圈的电流发生变化，导致穿过线圈的磁通量发生变化而产生自感电动势．在图11(a)中，闭合开关瞬间电流增大，则线圈会产生与电流方向相反的感应电动势，阻碍电流的增大；在图11(b)中，断开开关S瞬间流经线圈的电流减小，则线圈会产生与电流方向相同的感应电动势，阻碍电流的减小．
④自感电动势：在自感现象中产生的感应电动势称为自感电动势，大小，其中L表示线圈的自感系数，表示电流的变化率．
⑤自感系数
自感系数是表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量，简称为自感或电感，用表示．
a．大小：线圈的长度越长，线圈的截面积越大，单位长度上匝数越多，线圈的自感系数越大，线圈有铁芯比无铁芯时自感系数大得多．
b．单位：亨利（符号），亨毫亨微亨，．
2．涡流、电磁阻尼与电磁驱动
(1)涡流
①定义
当线圈中电流随时间发生变化时，由于电磁感应，线圈附近的其他导体都会产生感应电流．这样的感应电流看上去像水中的漩涡，因此称为涡电流，简称涡流，如图所示．
②影响涡流大小的因素
线圈中电流变化越快（即激发涡流的原磁场变化越快），导体的电阻率越小，则导体内的涡流越大．
③应用
a．金属冶炼：将金属置于冶炼炉内，冶炼炉外有线圈，当线圈中通以高频交流电时，炉内金属产生涡流，涡流产生的热量使金属熔化；
b．金属探测器：探测器内部有线圈，通以一定频率的电流，若探测器周围存在金属，则线圈内变化的电流所激发的变化磁场使金属产生涡流，涡流的磁场反过来影响探测器的电流，使仪器报警．
(2)电磁阻尼
①定义：导体与磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力的作用，安培力总是阻碍导体的运动，这种现象被称为电磁阻尼．
②实例分析
a．如图所示，电流计的框架一般用铝制成，线圈缠绕在铝框上，这是由于当有电流通过线圈时，线圈在永磁铁的磁场所给的安培力下带动指针和铝框转动，铝框转动时会产生感应电流，使铝框受安培力作用，而这个安培力阻碍铝框的运动，因此铝框能很快地停下来，这就是指针在摆动后能迅速稳定的原因．
b．微安表在运输途中应将输入和输出的接线柱用导线连接在一起，这样即使发生晃动，微安表的指针也会因为闭合线圈发生电磁阻尼而很快停止．
(3)电磁驱动
①定义：当磁体相对于导体运动时，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力作用，安培力使导体运动起来，这种现象被称为电磁驱动．
②实例分析
如图所示，可绕支点转动的铝框放置于蹄形磁铁的两个磁极之间，转动把手使磁铁旋转，发现铝框也跟随磁铁转动，转动方向与磁铁转动方向一致，但转速小于磁铁转动，即同向异步．这是由于当磁铁转动时，通过铝框的磁通量发生变化，铝框中产生感应电流，根据楞次定律，为阻碍磁通量的变化，感应电流使铝框受安培力作用，跟随磁铁一起转动．
三、考查方向
题型1：自感的闪亮问题
典例一：如图所示，灯光A、B完全相同，L是自感系数很大的线圈，其自身电阻与定值电阻R相等，下列说法正确的是( )
A．闭合电键S瞬间，灯泡A、B立即发光
B．闭合电键S，当电路稳定后，灯泡A、B的亮度不同
C．断开电键S时，灯泡A缓慢熄灭，灯泡B立即熄灭
D．断开电键S时，灯泡A、B均缓慢熄灭，流过灯泡B的电流方向与原来相反
题型2：互感现象
典例二：（2020•天津•多选）手机无线充电是比较新颖的充电方式。如图所示，电磁感应式无线充电的原理与变压器类似，通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量。当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后，就会在邻近的受电线圈中感应出电流，最终实现为手机电池充电。在充电过程中
A．送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化
B．受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变
C．送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递
D．手机和基座无需导线连接，这样传递能量没有损失
题型3：自感现象中的图像问题
典例三：（2010•北京）在如图所示的电路中，两个相同的小灯泡和，分别串联一个带铁芯的电感线圈和一个滑动变阻器．闭合开关后，调整，使和发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均为．然后，断开．若时刻再闭合，则在前后的一小段时间内，正确反映流过的电流、流过的电流随时间变化的图象是
A． B． C．D．
题型4：涡流与电磁阻尼
典例四：（2020•新课标Ⅱ）管道高频焊机可以对由钢板卷成的圆管的接缝实施焊接。焊机的原理如图所示，圆管通过一个接有高频交流电源的线圈，线圈所产生的交变磁场使圆管中产生交变电流，电流产生的热量使接缝处的材料熔化将其焊接。焊接过程中所利用的电磁学规律的发现者为
A．库仑B．霍尔C．洛伦兹D．法拉第
四、模拟训练
一、基础练习
1.如图所示，L为一个自感系数很大的自感线圈，开关闭合后，小灯能正常发光，那么闭合开关和断开开关的瞬间，能观察到的现象分别是( )
A．小灯逐渐变亮，小灯立即熄灭
B．小灯逐渐变亮，小灯比原来更亮一下再慢慢熄灭
C．小灯立即亮，小灯立即熄灭
D．小灯立即亮，小灯比原来更亮一下再慢慢熄灭
2.（多选）如下图所示的电路中，线圈L的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计，A，B是两个相同的灯泡，下列说法中正确的是( )
A．S闭合后，A，B同时发光且亮度不变
B．S闭合后，A立即发光，然后又逐渐熄灭
C．S断开的瞬间，A，B同时熄灭
D．S断开的瞬间，A再次发光，然后又逐渐熄灭
3.如图所示是研究自感实验的电路图，甲、乙是两个规格相同的小灯泡，电源内阻不可忽略．实验开始前先闭合开关S1、S2，使电路稳定，两个小灯泡亮度相同．下列说法正确的是( )
A．仅将S2断开，甲亮度不变B．仅将S2断开，甲逐渐变得更亮
C．仅将S1断开，乙立刻熄灭D．仅将S1断开，乙的电流方向不变
4.如图所示，A、B是两个相同的小灯泡，L是自感系数很大的线圈，线圈的直流电阻不计，定值电阻R阻值与灯泡相同，下列说法正确的是( )
A．闭合开关瞬间，A、B两灯亮度相同
B．闭合开关待电路稳定后，通过A灯电流是B灯的两倍
C．断开开关后，A灯闪亮一下再熄灭，B灯马上熄灭
D．断开开关后，A、B灯都闪亮一下再熄灭
5.如图所示，线圈L的自感系数很大，且其电阻可以忽略不计，L1、L2是两个完全相同的小灯泡，随着开关S闭合和断开的过程中(灯丝不会断)，灯L1、L2的亮度变化情况是( )
A．S闭合，L1不亮，L2亮度逐渐变亮，最后两灯一样亮久
B．S闭合，L1、L2同时亮，而后L1逐渐熄灭，L2则逐渐变得更亮
C．S断开，L1、L2立即不亮
D．S断开，L1、L2都会亮一下再熄灭
6.如图所示电路中，A、B、C为完全相同的三个灯泡，L是一个直流电阻不可忽略的电感线图，a、b为线圈L的左右两端点，原来开关S是闭合的，三个灯泡亮度相同．将开关S断开后，下列说法正确的是( )
A．a点电势高于b点，A灯闪亮后缓慢熄灭
B．a点电势低于b点，B、C灯闪亮后缓慢熄灭
C．a点电势高于b点，B、C灯闪亮后缓慢熄灭
D．a点电势低于b点，B、C灯不会闪亮只是缓慢熄灭
7.如图所示，两灯泡、相同，与一理想二极管连接，自感系数较大的线圈的直流电阻不计。下列说法正确的是
A．闭合开关后，会逐渐变亮B．断开的瞬间，会立即熄灭
C．断开的瞬间，会逐渐熄灭D．闭合开关稳定后，、亮度相同
8.传感器与计算机相结合能在屏幕上显示电流随时间变化的图像。如图所示的电路中，为电感线圈，为电流传感器，在开关闭合后电路中电流随时间变化的图像正确的是
A． B． C．D．
9.在如图所示的电路中，灯泡与一个带铁芯的电感线圈并联。闭合开关，稳定后通过灯泡的电流为，通过线圈的电流为。断开开关，此后通过灯泡的电流记为，规定通过灯泡的电流向右为正，四幅图中能正确反映随时间变化关系的图象是
A． B． C． D．
10.如图所示的电路中，为一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈，、是两个完全相同的灯泡，是一内阻不计的电源。时刻，闭合开关，经过一段时间后，电路达到稳定，时刻断开开关．、分别表示通过灯泡和的电流，规定图中箭头所示的方向为电流正方向，以下各图中能定性描述电流随时间变化关系的是
A． B． C． D．
11.（多选）如图所示为真空冶炼炉．炉外有线圈，则真空冶炼炉在工作时，下列说法错误的是( )
A．通过线圈的电流直接流经炉内金属，并使之发热
B．通过线圈的电流是高频交流电
C．炉内金属中会产生感应电流，这种电流叫涡流
D．炉内金属中会产生涡流，涡流产生的热量使金属熔化
12.如图所示，将一个铝框放在蹄形磁铁的两个磁极间，铝框可以绕竖直轴线OO′自由转动．转动磁铁，会发现静止的铝框也会发生转动．下列说法正确的是( )
A．铝框与磁极转动方向相反B．铝框始终与磁极转动的一样快
C．铝框是因为磁铁吸引铝质材料而转动的D．铝框是因为受到安培力而转动的
13.（多选）如图所示，磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，假定仪表工作时指针向右转动，铝框中会产生感应电流，由于铝框转动时有感应电流，铝框要受到安培力，则下列判断正确的是( )
A．铝框中的感应电流沿顺时针方向(从前向后看)
B．铝框中的感应电流沿逆时针方向(从前向后看)
C．使用铝框做线圈骨架是利用电磁驱动原理
D．使用铝框做线圈骨架是利用电磁阻尼原理
二、提升练习
1.（2017•北京）图1和图2是教材中演示自感现象的两个电路图，和为电感线圈。实验时，断开开关瞬间，灯突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关，灯逐渐变亮，而另一个相同的灯立即变亮，最终与的亮度相同。下列说法正确的是
A．图1中，与的电阻值相同
B．图1中，闭合，电路稳定后，中电流大于中电流
C．图2中，变阻器与的电阻值相同
D．图2中，闭合瞬间，中电流与变阻器中电流相等
2.（2014•广东）如图所示，上下开口、内壁光滑的铜管和塑料管竖直放置，小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部，则小磁块
A．在和中都做自由落体运动B．在两个下落过程中的机械能都守恒
C．在中的下落时间比在中的长D．落至底部时在中的速度比在中的大
3.（2011•北京）某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁芯的线圈、小灯泡、开关和电池组，用导线将它们连接成如图所示的电路。检查电路后，闭合开关，小灯泡发光；再断开开关，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象。虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他冥思苦想找不出原因。你认为最有可能造成小灯泡末闪亮的原因是
A．电源的内阻较大B．小灯泡电阻偏大
C．线圈电阻偏大D．线圈的自感系数较大
4.（2010•海南•多选）下列说法正确的是
A．当线圈中电流不变时，线圈中没有自感电动势
B．当线圈中电流反向时。线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相反
C．当线圈中电流增大时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反
D．当线圈中电流减小时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反
5.（2010•江苏）如图所示的电路中，电源的电动势为，内阻为，电感的电阻不计，电阻的阻值大于灯泡的阻值，在时刻闭合开关，经过一段时间后，在时刻断开，下列表示、两点间电压随时间变化的图象中，正确的是
A． B．C．D．目标要求
重、难点
自感
重点
互感
涡流
电磁阻尼