六　自感现象　涡流
一、自感现象
1．当线圈中的电流发生变化时，电流的磁场随之变化，从而引起穿过线圈的________的变化，这会使线圈中产生感应电动势．这种由于自身电流变化而在导体内产生的电动势叫________________．这种现象叫___________．
2．自感电动势总是________电流的变化．
磁通量
自感电动势
自感现象
阻碍
二、电感器
1．线路中的线圈叫做电感器，电感器的性能用________表示，简称________．
2．电感器的自感系数与__________、______、有无铁芯有关．
3．交流通过电感器时，产生的自感电动势总是________电流的变化，即电感器对交流有________作用．
自感系数
自感
线圈匝数
大小
阻碍
阻碍
4．老式的日光灯镇流器就是一个自感系数很大的电感器，在电子镇流器中也要用到________．
5．由于自感现象，在电流很强或高压电路中，切断电源时开关两端会产生________，造成对人员、设备的损伤．应采用安全开关，防止电弧产生．
温馨提示　理想电感器对直流无阻碍，对交流有阻碍．
电感器
电弧
三、涡流及其应用
1．穿过导体的________变化时，会在导体内部形成涡旋状的________________，叫做涡流．
2．电磁炉是利用涡流的________给物体加热的新型炉灶．________________也是利用涡流工作的．
3．很多涡流是有害的，主要是产生________，浪费电能．变压器的铁芯采用电阻很大的硅钢片，且硅钢片彼此绝缘，就是为了减小变压器工作时铁芯中的涡流．
磁通量
感应电流
热效应
金属探测器
热量
一、自感现象及分析
1．通电自感的分析
(1)电路：如图3－6－1所示．
图3－6－1
(2)装置要求及作用：A1、A2规格相同，R的作用是使灯泡A1、A2亮度相同，R1的作用是使灯泡A1、A2均正常发光．
(3)实验现象：S合上时，A2立即正常发光，A1逐渐亮起来，稳定后两灯亮度相同．
(4)现象分析：在接通的瞬间，电路的电流增大，A2立刻亮起来；穿过线圈L的磁通量增加，线圈中产生感应电动势，这个感应电动势阻碍线圈中电流的增大，不能使电流立即达到最大值，所以A1只能逐渐亮起来．
2．断电自感的分析
(1)电路：如图3－6－2所示．
图3－6－2
(2)装置要求：若线圈L的电阻较小，目的是接通电路的灯泡正常发光时，通过线圈的电流IL大于通过灯泡的电流IA，即IL>IA.
(3)实验现象：断开S时，发现灯泡A先闪亮一下，过一会儿才熄灭．
(4)现象分析：电路断开的瞬间，通电线圈的电流突然减小，穿过线圈的磁通量也很快地减少，线圈中产生了感应电动势，此感应电动势阻碍线圈L电流的减小．由于S断开后，L、A形成闭合回路，L中的电流从IL逐渐减小，流过A的电流突然变为IL，然后再从IL逐渐减小到零，所以A先闪亮一下，再逐渐熄灭．
二、自感系数
(1)自感系数简称自感或电感，不同的线圈，在电流变化相同的条件下，产生的自感电动势不同，电学中用自感系数来表示线圈的这种特性．
(2)线圈的长度越长，线圈的面积越大，单位长度上匝数越多，线圈的自感系数越大，线圈中有铁芯比无铁芯时自感系数大．
三、涡流的利用及防止
1．涡流的利用
(1)涡流的热效应．可以利用涡流来加热，例如电磁炉和高频感应炉．
(2)涡流的阻尼作用(称为电磁阻尼)，例如在一些电学测量仪表中，利用电磁阻尼仪表的指针迅速地停在它所测出的刻度上，以及高速机车制动的涡流闸等．
(3)涡流探测，如探雷器等．
2．涡流的防止
要减小涡流，可采用的方法是把整块铁芯改成薄片叠压的铁芯，增大回路电阻．例如电动机和变压器的铁芯都不是整块金属.
【典例1】 (多选)如图3－6－3所示，A1和A2是完全相同的灯泡，线圈L的电阻可以忽略，下列说法正确的是(　　)
自感现象对电路的影响
图3－6－3
A．合上开关S接通电路时，A2先亮，A1后亮，最后一样亮
B．合上开关S接通电路时，A1、A2始终一样亮
C．断开开关S切断电路时，A2立即熄灭，A1过一会才熄灭
D．断开开关S切断电路时，A1、A2都过一会才熄灭
解析　闭合开关时，由于自感电动势的作用，A1电路中的电流只能逐渐增大到与A2中的电流相同，故选项A正确，选项B错误；开关由闭合到断开，L相当于电源，A1、A2、L组成闭合回路，电流由支路A1中的电流逐渐减小，故选项C错误，选项D正确．
答案　AD
借题发挥　分析自感现象要抓住两点：
(1)明确线圈对哪部分电路起作用．
(2)明确线圈的作用：总是阻碍电路中电流的变化．电流增加，线圈的自感阻碍它的增加，电流减小，线圈的自感又阻碍它的减小．
【变式1】
如图3－6－4所示，L为一纯电感线圈(直流电阻不计)，A为一灯泡，下列说法正确的是(　　)
图3－6－4
A．开关S接通的瞬间，无电流通过灯泡
B．开关S接通后，电路稳定时，无电流通过灯泡
C．开关S断开的瞬间，无电流通过灯泡
D．开关S接通的瞬间及接通后电路稳定时，灯泡中均有从a到b的电流，而在开关断开瞬间灯泡中则有从b到a的电流
【答案】B
【解析】开关S接通的瞬间，灯泡中的电流从a到b；S接通的瞬间，线圈由于自感作用，通过它的电流逐渐增大．开关S接通后，电路稳定时，纯电感线圈对电流无阻碍作用，将灯泡短路，灯泡中无电流通过．开关S断开的瞬间，由于线圈的自感作用，线圈中原有向右的电流将逐渐减小，该电流通过灯泡形成回路，故灯泡中有从b到a的瞬间电流．
【典例2】 下列说法中正确的是(　　)
A．电路中电流越大，自感电动势越大
B．电路中电流变化越大，自感电动势越大
C．线圈中电流均匀增大，线圈的自感系数也均匀增大
D．线圈中的电流为零时，自感电动势不一定为零
自感现象的理解和应用
解析　在自感一定的情况下，电流变化越快，自感电动势越大，与电流的大小、电流变化的大小没有必然的关系，A、B项错；线圈的自感系数是由线圈本身的性质决定的，与线圈的大小、形状、匝数、有无铁芯等有关，而与线圈的电流的变化率无关，C项错．
答案　D
【变式2】
关于线圈的自感系数大小的下列说法中，正确的是(　　)
A．通过线圈的电流越大，自感系数也越大
B．线圈中的电流变化越快，自感系数也越大
C．插有铁芯时线圈的自感系数会变大
D．线圈的自感系数与电流的大小、电流变化的快慢、是否有铁芯等都无关
【答案】C
【解析】自感系数是由电感器本身的因素决定的，包括线圈的大小、单位长度上的匝数，而且有铁芯时比无铁芯时自感系数要大．
1．(多选)如图3－6－5所示，电路甲、乙中电阻R和自感线圈L的电阻都很小．接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则(　　)
自感现象对电路的影响
甲　　　　　　　　　　乙
A．在电路甲中，断开S，A将渐渐变暗
B．在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
C．在电路乙中，断开S，A将渐渐变暗
D．在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
【答案】AD
【解析】甲图中，灯A与线圈L在同一支路，通过的电流相同；断开开关S时，A、L、R组成回路，由于自感作用，L中电流逐渐减小，灯不会闪亮一下，灯A将逐渐变暗，故A正确．
乙图中，电路稳定时，通过上支路的电流IL>IA(因L的电阻很小)；断开开关S时，由于L的自感作用，回路中电流在IL的基础上减小，电流反向通过A的瞬间，A中电流变大，然后渐渐变小，所以灯A要闪亮一下，然后渐渐变暗，故D正确．
2．(多选)变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成，而不采用一块整硅钢，这是为了(　　)
A．增大涡流，提高变压器的效率
B．减小涡流，提高变压器的效率
C．增大涡流，减小铁芯的发热量
D．减小涡流，减小铁芯的发热量
【答案】BD
自感现象的理解和应用
【解析】涡流的主要效应之一就是发热，而变压器的铁芯发热，是我们不希望出现的．所以不采用整块硅钢，而采用薄硅钢片叠压在一起，目的应该是减小涡流，减小铁芯的发热量，进而提高变压器的效率．
3．(多选)如图3－6－6所示，是高频焊接原理示意图，线圈中通以高频交流电时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝时产生大量热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法中正确的是(　　)
图3－6－6
A．交流电的频率越高，焊缝处的温度升高得越快
B．交流电的频率越低，焊缝处的温度升高得越快
C．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小
D．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大
【答案】AD
【解析】线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流的大小与感应电动势有关，电流变化的频率越高，电流变化得越快，感应电动势就越大，A选项正确；工件上焊缝处的电阻大，电流产生的热量就多，D选项正确．