高中物理知识全解 2.6 磁场中的电源及性质

高中物理知识全解 2.6 磁场中的电源及性质

高中物理知识全解 2.6 磁场中的电源及性质 ‎ 一：楞次定律 楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。‎ 技巧理解：闭合回路（例：线圈）总是为了保持原来的磁通量而努力。‎ ‎1、楞次定律主要用于判断感应电动势（或感应电流）的方向，同时也可以大致判定安培力的方向。‎ ‎2、楞次定律实际上是能量守恒定律的一种表现，其过程是电场能与磁场能的相互转化过程。‎ 例：如右图所示，当通电螺线管中的电流增大时，则线圈A受向外扩张的力，从左往右看，线圈A中产生顺时针的电流。当通电螺线管中的电流减小时，则线圈A受向里收缩的力，从左往右看，线圈A中产生逆时针的电流。‎ 提示：通电螺线管内部磁感线从右向左，外部磁感线从左向右，且内部磁感线多于外部磁感线，所以电流变化时对于线圈A而言内部磁感线的变化量大于外部磁感线的变化量。‎ ‎【例题】如下图所示，是一个可绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导线框，E是电源，当滑动变阻器R的滑片P自左向右滑行时，线框将 （ ）‎ A、保持静止不动。 B、沿逆时针方向转动。‎ C、沿顺时针方向转动。‎ D、发生转动，但电源极性不明，无法确定转动方向。‎ 答案：C ‎【例题】两个闭合的金属环，穿在一根光滑的绝缘杆上，如下图所示，当条形磁铁的S极自右向左插向圆环时，环的运动情况是 （ ）‎ A、两环同时向左移动，间距增大。 B、两环同时向左移动，间距变小。‎ C、两环同时向右移动，间距变小。 D、两环同时向左移动，间距不变。‎ 解析：由楞次定律与同向电流相互吸引，异向电流相互排斥综合求解可得B正确。答案：B ‎【例题】某磁场磁感线如下图所示，有铜线圈自图示A位置落至B位置，在下落过程中，自上向下看，线圈中的感应电流的方向是 （ ）‎ A、始终是顺时针 B、始终是逆时针 C、先是顺时针，再是逆时针 D、先是逆时针，再是顺时针 ‎【例题】如下图所示，A、B为大小、形状均相同且内壁光滑，但用不同材料制成的圆管，竖直固定在相同高度。两个相同的磁性小球，同时从A、B管上端的管口无初速释放，穿过A管的小球比穿过B管的小球先落到地面。下面对于两管的描述中可能正确的是（ ）‎ A. A管是用塑料制成的，B管是用铜制成的 B. A管是用铝制成的，B管是用胶木制成的 C. A管是用胶木制成的，B管是用塑料制成的 D. A管是用胶木制成的，B管是用铝制成的 ‎【例题】如下图所示，磁场垂直于纸面，磁感应强度在竖直方向均匀分布，水平方向非均匀分布。一铜制圆环用丝线悬挂于O点，将圆环拉至位置后无初速释放，在圆环从摆向的过程中（ ）‎ ‎(A)感应电流方向先逆时针后顺时针再逆时针 ‎ ‎(B)感应电流方向一直是逆时针 ‎(C)安培力方向始终与速度方向相反 ‎(D)安培力方向始终沿水平方向 解析：由楞次定律可知A对，B错。由圆的对称性可知D对，C错。答案：AD 领悟：圆环在竖直方向上平动没有安培力产生，圆环在水平方向上平动有阻碍其运动的安培力产生（沿水平方向），也可以理解得到安培力方向始终沿水平方向。‎ 二：电磁感应现象的两类情况 ‎①感生电场与感生电动势 如下图所示，穿过闭合回路的磁场增强，在回路中产生感应电流或者说产生了电动势。是什么力充当非静电力使得自由电荷发生定向运动呢？英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时在空间激发出一种电场，这种电场对自由电荷产生了力的作用，使自由电荷运动起来，形成了电流或者说产生了电动势。这种由于磁场的变化而激发的电场叫感生电场（这种电场与静电场不同，它不是由电荷产生的）。感生电场对自由电荷的作用力充当了非静电力。由感生电场产生的感应电动势，叫做感生电动势。‎ ‎②洛伦兹力与动生电动势 一段导体切割磁感线运动时相当于一个电源，这时非静电力与洛伦兹力有关，如下图所示，导体中的自由电荷（假设为正电荷）具有水平向右的速度，由左手定则可判断导体中的自由电荷（假设为正电荷）受到沿棒向上的“洛伦兹力”作用，使电荷运动起来，形成了电流或者说产生了电动势，所以“洛伦兹力”充当了非静电力。由于导体运动而产生的电动势叫动生电动势。‎ 拓展：动生电动势的产生实质是洛伦兹力的一个分力充当了非静电力。如右图所示，假设导体中的自由电荷为正电荷，则洛伦兹力的一个分力充当电源的非静电力对导体中的自由电荷做正功，洛伦兹力的另一个分力阻碍导体棒的运动对导体棒做负功，可以证明这两个分力所做功的代数和为零，结果仍然是洛伦兹力不做功。其中对导体棒做负功，导体棒的动能减小；‎ 对导体中的自由电荷做正功（即克服电场力做功），自由电荷的电势能增大，转化为电能。因此从总体上看，洛伦兹力不做功，但却有转化能量的作用即将导体棒的动能转化为电路中的电能。‎ ‎【例题】试证明上图中洛伦兹力的一个分力对导体中的自由电荷做的正功与洛伦兹力的另一个分力对导体棒做的负功大小相等。‎ 电荷做的正功大小相等即洛伦兹力不做功。‎ 三：磁通量的变化产生感应电动势 电磁感应现象：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫做电磁感应现象。本质是闭合电路中磁通量的变化而产生感应电流。‎ 法拉第电磁感应定律：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。‎ ‎1、为线圈匝数。‎ ‎2、单位：伏特（V）。‎ ‎3、方向：由楞次定律判定。‎ 注意：由楞次定律理解并判定感应电动势的方向（或感应电流的方向）。‎ ‎【例题】如下图为一种早期发电机原理示意图，该发电机由固定的圆形线圈和一对用铁芯连接的圆柱形磁铁构成，两磁极相对于线圈平面对称．在磁极绕转轴匀速转动过程中，磁极中心在线圈平面上的投影沿圆弧运动(O是线圈中心)，则 ( )‎ A．从X到O，电流由E经流向F，先增大再减小 B．从X到O，电流由F经流向E，先减小再增大 C．从O到Y，电流由F经流向E，先减小再增大 D．从O到Y，电流由E经流向F，先增大再减小 ‎【例题】如下图所示，半圆形光滑轨道竖直放置，不均匀的磁场水平方向并垂直于轨道平面向外，O平面为磁场区域的上边界。现有一个金属环初始位置在磁场区域上方由静止沿轨道释放，忽略空气阻力，则（ ）‎ A金属环做等幅振动。 B金属环做减幅振动。‎ C金属环做增幅振动。 D无法确定。‎ 答案：B 领悟：上题中若将水平方向垂直于轨道平面向外的不均匀磁场改为水平方向垂直于轨道平面向外的匀强磁场，则金属环会先做减幅振动，后来将在匀强磁场区域内做等幅振动。‎ 注意：理解线圈匝数n的有关串联或并联问题的正确取值。（主要应用于变压器的有关线圈匝数的取值问题）‎ 例：如右图所示为变压器的原、副线圈，则：‎ ‎1、若连接，以和为输出端，则输出电压为 ‎2、若连接，以和为输出端，则输出电压为 同理：若连接，以和为输出端，则输出电压为 ‎【例题】一个次级有两个不同副线圈的理想变压器，如下图甲所示。如果将两盏标有“6V、0.9W”的灯泡和一盏标有“3V、0.9W”的灯泡全部接入变压器的次级，且均能够正常发光，如下图乙所示。已知U1=220V，匝数如下图所示（其中n1=1100,n2=10, n3=35）。请在次级画出如何连接电路的示意图。‎ 四、导体棒切割磁感线产生感应电动势 注意：多匝线圈切割磁感线，多根导体棒切割磁感线的有关多个磁场电源的串联和并联问题。‎ ‎【例题】如右图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，方向竖直向下，在磁场中有一个边长为L的正方形刚性金属框，ab边的质量为m，电阻为R，其它三边的质量均不计，电阻均为R．cd边上装有固定的水平轴，将金属框自水平位置由静止释放，第一次转到竖直位置时，ab边的速度为v，不计一切摩擦，重力加速度为g，则在这个过程中，下列说法正确的是 ( )‎ A．通过ab边的电流方向为a→b B．ab边经过最低点时的速度v＝ C．a、b两点间的电压逐渐变大 D．金属框中产生的焦耳热为mgL－mv2‎ 能量转化和守恒定律可知，金属框中产生的焦耳热应等于此过程中机械能的损失，故选项D正确．答案：D 领悟：若其它三边的电阻不计，则a、b两点间的电压始终为零。‎ ‎【例题】矩形线圈abcd，长ab＝20 cm，宽bc＝10 cm，匝数n＝200，线圈回路总电阻R＝5 Ω.整个线圈平面内均有垂直于线圈平面的匀强磁场穿过．若匀强磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如下图所示，则 ( )‎ A．线圈回路中感应电动势随时间均匀变化 B．线圈回路中产生的感应电流为‎0.4 A C．当t＝0.3 s时，线圈的ab边所受的安培力大小为0.016 N D．在1 min内线圈回路产生的焦耳热为48 J ‎【例题】铁路运输的自动控制原理是：将能够产生匀强磁场的磁铁安装在火车首节车厢的下面，如下图甲(俯视图)所示，当它经过安放在两铁轨之间的矩形线圈时，线圈会产生一个电信号传输给控制中心．已知矩形线圈的长为L1，宽为L2，匝数为n.若安装在火车首节车厢下面的磁铁产生的匀强磁场的宽度大于L2，当火车通过安放在两铁轨之间的矩形线圈时，控制中心接收到线圈两端的电压信号u随时间t变化的关系如下图乙所示．不计线圈电阻，据此计算：‎ ‎（1）火车的加速度。‎ ‎（2）火车在t1～t2时间内的平均速度和安装在火车首节车厢下面的磁铁产生的匀强磁场的宽度。‎ ‎【例题】磁流体发电是一种新型发电方式，图1和图2是其工作原理示意图。图1中的长方体是发电导管，其中空部分的长、高、宽分别为，前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可略的导体电极，这两个电极与负载电阻相连。整个发电导管处于图2中磁场线圈产生的匀强磁场里，磁感应强度为B，方向如图所示。发电导管内有电阻率为的高温、高速电离气体沿导管向右流动，并通过专用管道导出。由于运动的电离气体受到磁场作用，产生了电动势。发电导管内电离气体流速随磁场有无而不同。设发电导管内电离气体流速处处相同，且不存在磁场时电离气体流速为，电离气体所受摩擦阻力总与流速成正比，发电导管两端的电离气体压强差维持恒定，求：‎ ‎（1）不存在磁场时电离气体所受的摩擦阻力F多大 ‎（2）磁流体发电机的电动势E的大小 ‎（3）磁流体发电机发电导管的输入功率P 解：（1）不存在磁场时，由力的平衡得 ①‎ 领悟：上题中由能量守恒定律得： ，‎ ‎【例题】如下图所示，固定于水平桌面上足够长的两平行导轨PQ和MN。两导轨的电阻不计，间距为d=0.5m。P、M两端接有一只理想电压表，整个装置处于竖直向下的磁感应强度B=0.2T的匀强磁场中。电阻均为r=0.1，质量分别为m1=300g和m2=500g的两金属棒L1、L2平行的搁在光滑导轨上，现固定棒L1，用水平向右的恒力F=0.8N拉L2，使L2由静止开始做加速运动，试求:‎ ‎(1)当电压表的读数为U=0.2V时，棒L2的加速度多大。‎ ‎(2)棒L2能达到的最大速度。‎ ‎(3)若在棒L2达到最大速度时撤去外力F，并同时释放棒L1，求棒L2达到稳定时的速度大小。‎ ‎(4)若固定棒L1，当棒L2的速度为，且离开棒L1的距离为S时，撤去恒力F，为保持棒L2做匀速运动，可以采用将B从原值(B0=0.2T)逐渐减小的方法，则磁感应强度B应怎样随时间变化(写出B与时间t的关系式)。‎ ‎①正确理解 ‎【例题】如右 图所示，一匀强磁场B垂直于纸面向里，有一长为L的导体棒OA在垂直于磁场方向的竖直平面内绕O点以角速度顺时针转动，求导体棒OA产生的感应电动势大小？‎ 解：‎ ‎②正确理解Lsinθ 下图中弯曲导线的有效长度Lsinθ等于弯曲导线在垂直磁场平面内沿速度方向的投影长度，相应的电流方向沿由始端流向末端.‎ 例：如下图所示，两导轨间存在垂直于纸面向里的匀强磁场，导体棒与导轨间的夹角为，若导体棒无限长且沿图示方向以速度做匀速直线运动，则：‎ ‎【例题】如下图所示，半径为r的半圆形金属导线(CD为直径)处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，有关导线中产生的感应电动势的大小的说法正确的是 ( )‎ A．导线从图示位置开始绕CD以角速度ω匀速转动时e＝πr2Bωsin ωt B．导线在纸面内沿与CD成45°角以速度v斜向下匀速运动时E＝rBv C．导线不动，匀强磁场以速度v水平向左匀速运动时E＝0‎ D．导线在纸面内以速度v水平向右运动，同时匀强磁场以速度v沿CD方向向上匀速运动时E＝2Brv 领悟：上题中导线在纸面内以速度v水平向右运动，同时匀强磁场以速度v水平向左运时，则E＝4Brv 注意：导体切割磁感线的感应电动势方向既和速度方向有关，还和磁场方向B有关。‎ ‎【例题】如下图所示，一个边长为、电阻为的等边三角形线框，在外力作用下，以速度v匀速穿过宽均为的两个匀强磁场.这两个磁场的磁感应强度大小均为方向相反如下图所示.线框运动方向与底边平行且与磁场边缘垂直.取逆时针方向的电流为正。若从图示位置开始，线框中产生的感应电流与沿运动方向的位移之间的函数图象，下面四个图中正确的是 （ ）‎ ‎③磁通量的变化产生感应电动势和导体棒切割磁感线产生感应电动势两者间的区别及运用。‎ 磁场中的电源包含感生电动势和动生电动势，磁场的变化产生感生电场进而形成感生电动势，导体棒切割磁感线产生动生电动势，因此，在分析有关物理问题时，我们应该从实质上分析问题即分析电路中是否有感生电动势和动生电动势产生，而对于磁通量的变化产生感应电动势（用于计算平均感应电动势）可用来协助求解。‎ ‎【例题】如下图所示，匀强磁场B垂直于纸面向里，有一矩形导体线框在垂直于磁场方向的竖直平面内以水平向右的速度做匀速直线运动，试分析矩形导体线框是否有感应电流产生？‎ 领悟：上题中磁通量的变化为零，故线框的平均感应电动势为零。‎ 拓展：上题中若分别从边和边向磁场外引出两根导线构成新的闭合回路，则所构成的新的闭合回路中将会有感应电流产生，其中和为两电源并联充当新的闭合回路的总电源。‎ ‎【例题】如下图所示，匀强磁场B垂直于纸面向里，有一矩形导体线框在垂直于磁场方向的竖直平面内以水平向右的速度做匀速直线运动，若突然磁感应强度均匀增大，试分析矩形导体线框是否有感应电流产生？‎ 领悟：上题中磁通量的变化不为零，故线框的平均感应电动势不为零。‎ ‎【例题】如右图所示，圆形铝环平面始终保持水平，在水平向外辐射的磁场中下落（向纸里下落），试分析铝环中是否有感应电流产生？‎ ‎【例题】闭合铜环与闭合金属框相接触放在匀强磁场中，如下图所示，当铜环向右移动时(金属框不动)，下列说法中正确的是（ ）‎ A．铜环内没有感应电流产生，因为磁通量没有发生变化 B．金属框内没有感应电流产生，因为磁通量没有发生变化 C．金属框ab边中有感应电流，因为回路abfgea中磁通量增加了 D．铜环的半圆egf中有感应电流，因为回路egfcde中的磁通量减少 ‎【例题】北半球地磁场的竖直分量向下．如下图所示，在北京某中学实验室的水平桌面上，放置边长为L的正方形闭合导体线圈abcd，线圈的ab边沿南北方向，ad边沿东西方向．下列说法中正确的是( )‎ A．若使线圈向东平动，则a点的电势比b点的电势低 B．若使线圈向北平动，则a点的电势比b点的电势低 C．若以ab为轴将线圈向上翻转，则线圈中感应电流方向为a→b→c→d→a D．若以ab为轴将线圈向上翻转，则线圈中感应电流方向为a→d→c→b→a ‎【例题】如下图所示，水平地面上方有正交的匀强电场和匀强磁场，电场竖直向下，磁场垂直纸面向外．半圆形铝框从直径处于水平位置时，沿竖直平面由静止开始下落．不计阻力，a、b两端落到地面的次序是 ( )‎ A．a先于b B．b先于a C．a、b同时落地 D．无法判定 解析：虽然只有感应电动势没有安培力．但正电荷向a端运动、负电荷向b端运动，a端受电场力向下，b端受电场力向上，a先落地．答案：A 注意：首先要分清楚电路中什么东西充当电源，其次要注意电路中电源外部电流由正极流向负极（即由高电势流向低电势），电源内部电流由负极流向正极（即由低电势流向高电势）。‎ ‎【例题】一直升飞机停在南半球的地磁极上空。该处地磁场的方向竖直向上，磁感应强度为B，直升飞机螺旋桨叶片的长度为，螺旋桨转动的频率为，顺着地磁场的方向看螺旋桨，螺旋桨按顺时针方向转动。螺旋桨叶片的近轴端为，远轴端为b，如下图所示。如果忽略到转轴中心线的距离，用E表示每个叶片中的感应电动势，则（ ）‎ A. ，且点电势低于b点电势 B. ，且点电势低于b点电势 C. ，旦点电势高于b点电势 D. ，且点电势高于b点电势 ‎【例题】如右图甲所示，垂直纸面向里的匀强磁场的区域宽度为2，磁感应强度的大小为B。一边长为、电阻为4R的正方形均匀导线框ABCD从图示位置开始沿水平向右方向以速度v匀速穿过磁场区域，在下图中线框A、B两端电压UAB与线框移动距离的关系图象正确的是（　　　）‎ ‎【例题】如图（甲）所示，两光滑导轨都由水平、倾斜两部分圆滑对接而成，相互平行放置，两导轨相距L＝lm ，倾斜导轨与水平面成θ＝30°角，倾斜导轨的下面部分处在一垂直斜面的匀强磁场区I中，I区中磁场的磁感应强度B1随时间变化的规律如图（乙）所示，图中t1、t2未知。水平导轨足够长，其左端接有理想电流表A和定值电阻R＝3Ω，水平导轨处在一竖直向上的匀强磁场区Ⅱ中，Ⅱ区中的磁场恒定不变，磁感应强度大小为B2＝1T ，在t＝0时刻，从斜轨上磁场I 区外某处垂直于导轨水平释放一金属棒ab，棒的质量m＝‎‎0.1kg ‎ ，电阻r＝2Ω，棒下滑时与导轨保持良好接触，棒由斜轨滑向水平轨时无机械能损失，导轨的电阻不计。若棒在斜面上向下滑动的整个过程中，灵敏电流计G的示数大小保持不变，t2时刻进入水平轨道，立刻对棒施一平行于框架平面沿水平方向且与杆垂直的外力。（g取‎10m/s2）求：‎ ‎（l）ab 棒进入磁场区I 时的速度v；‎ ‎（2）磁场区I在沿斜轨方向上的宽度d；‎ ‎（3）棒从开始运动到刚好进入水平轨道这段时间内ab棒上产生的热量；‎ ‎（4）若棒在t2时刻进入水平导轨后，电流计G的电流大小I随时间t变化的关系如图（丙）所示（I0未知），已知t2到t3的时间为0.5s，t3到t4的时间为1s，请在图（丁）中作出t2到t4时间内外力大小F随时间t变化的函数图像。‎ 的与时间的关系式，代入上面的式子可以得到，画在坐标系里。‎ 五、法拉第圆盘发电机*‎ 法拉第发现了电磁感应现象之后不久，他又利用电磁感应发明了世界上第一台发电机─法拉第圆盘发电机。这台发电机构造跟现代的发电机不同，在磁场中转动的不是线圈，而是一个紫铜做的圆盘。圆心处固定一个摇柄，圆盘的边缘和圆心处各与一个黄铜电刷紧贴，用导线把电刷与电流表连接起来；紫铜圆盘放置在蹄形磁铁产生的磁场中。当法拉第转动摇柄，使紫铜圆盘旋转起来时，电流表的指针偏向一边，这说明电路中产生了持续的电流。‎ 法拉第圆盘发电机是怎样产生电流的呢？我们可以把圆盘看作是由无数根长度等于半径的紫铜辐条组成的，在转动圆盘时，每根辐条都做切割磁感线的运动。辐条和外电路中的电流表恰好构成闭合电路，电路中便有电流产生了。随着圆盘的不断旋转，总有某根辐条到达切割磁感线的位置，因此外电路中便有了持续不断的电流。如上图二所示，O为电源的正极，A为电源的负极，且O点的电势高于A点的电势。‎ 拓展：若圆盘不动，垂直于圆盘施加一变化的磁场，同理我们可以把圆盘看做是由无数根长度等于半径的紫铜辐条组成的，这样紫铜辐条与外电路就构成了无数个闭合回路。由于磁场是变化的，所以这些闭合回路中的磁通量发生了改变，因此电路中也会有感应电流产生。‎ ‎【例题】如右图所示是世界上早期制作的发电机及电动机的实验装置，A盘和B盘分别是两个可绕固定转轴转动的铜盘，实验时用导线将A盘的中心和B盘的边缘连接起来，用另一根导线将B盘的中心和A盘的边缘连接起来．当A盘在外力作用下转动起来时，B盘也会转动．则下列说法中正确的是( )‎ A．不断转动A盘使得铜盘沿径向排列的无数根铜条做切割磁感线运动，产生感应电动势并获得持续电流 B．不断转动A盘使得铜盘盘面上无数个同心圆环中的磁通量发生变化，产生感应电动势并获得持续电流 C．俯视当A盘顺时针转动时，B盘逆时针转动，A盘中心的电势比盘边缘高 D．俯视当A盘顺时针转动时，B盘也顺时针转动，A盘中心的电势比盘边缘低 六、自感电动势 自感现象：当线圈中的电流发生变化时，它所激发的磁场穿过该线圈自身的磁通量也随之变化，从而在该线圈自身产生感应电动势的现象，称为自感现象，这样产生的感应电动势，称之为自感电动势。‎ ‎【例题】制作精密电阻时，为了消除在使用中由于电流变化而引起的自感现象，用电阻丝绕制电阻时采用如图所示的双线绕法，其原理是 （ ）‎ A.电路中电流变化时，两根线中产生的自感电动势互相抵消。‎ B.电路中电流变化时，两根线中产生的自感电流相互抵消。‎ C.电路中电流变化时，两根线中电流产生的磁场相互抵消，合磁场穿过线圈的磁通量为零。‎ D.以上说法均不正确。‎ 答案：C ‎【例题】如下图所示是测定自感系数很大的线圈L的直流电阻的电路，L两端并联一只电压表,用来测量自感线圈的直流电压，在测量完毕后,将电路解体时应 （ ）‎ A、先断开S1 B、先断开S2‎ C、先拆除电流表 D、先拆除电阻R 解析：因为线圈L的自感系数很大，所以在断开的瞬间，L中会产生很大的自感电动势，若此时是闭合的，则可能将电压表烧坏，故应该先断，答案：B ‎①电感线圈 注意：电感线圈的电流不能突变。‎ ‎1、恒定直流电中的电感线圈 规律总结：自感电动势仅仅是减缓了原电流的变化，不会阻止原电流的变化或逆转原电流的变化，原电流最终还是要增加到稳定值或减小到零。在开关接通的瞬间电感线圈相当于断路，然后逐渐增加到稳定值；在开关断开的瞬间电路中的电流为原值，然后逐渐减小到零。‎ ‎【例题】如右图所示，L是自感系数很大的线圈，但其自身的电阻几乎为零。A和B是两个相同的小灯泡。‎ ‎（1）当开关S由断开变为闭合时，A、B两个灯泡的亮度将如何变化。‎ ‎（2）当开关S由闭合变为断开时，A、B两个灯泡的亮度又将如何变化。‎ ‎【例题】如下图所示，L是自感系数很大的线圈，但其自身的电阻几乎为零。灯泡的电阻为，定值电阻的阻值为，则当开关S由闭合变为断开时，灯泡的亮度将如何变化？‎ ‎2、非恒定直流电中的电感线圈：电感线圈将总是阻碍电路中电流的变化。‎ ‎3、交变电流中的电感线圈：电感线圈将总是阻碍电路中电流的变化 总结：电感线圈的性质：“通直流，阻交流”、“通低频，阻高频”。‎ ‎②应用：日光灯的工作原理*‎ ‎1、日光灯的构造 日光灯电路由灯管、镇流器、启辉器以及电容器等部件组成，各部件的结构和工作原理如下。‎ I、灯管 日光灯管是一根玻璃管，内壁涂有一层荧光粉（钨酸镁、钨酸钙、硅酸锌等），不同的荧光粉可发出不同颜色的光。灯管内充有稀薄的惰性气体（如氩气）和水银蒸气，灯管两端有由钨制成的灯丝，灯丝涂有受热后易于发射电子的氧化物。‎ II、镇流器 镇流器是与日光灯管相串联的一个元件，实际上是绕在硅钢片铁心上的电感线圈，其感抗值很大。镇流器的作用是：①限制灯管的电流；②产生足够的自感电动势，使灯管容易放电起燃。镇流器一般有两个出头，但有些镇流器为了在电压不足时容易起燃，就多绕了一个线圈，因此也有四个出头的镇流器。‎ III、启辉器 启辉器是一个小型的辉光管，在小玻璃管内充有氖气，并装有两个电极。其中一个电极是用线膨胀系数不同的两种金属组成（通常称双金属片），冷态时两电极分离，受热时双金属片会因受热而变弯曲，使两电极自动闭合。‎ ‎2、日光灯的启辉过程 当开关接通的时候，电源电压立即通过灯管灯丝加到启辉器的两极。220伏的电压立即使启辉器内的惰性气体电离，产生辉光放电。‎ ‎ 这个过程的热量使双金属片受热膨胀，因为动静触片的膨胀系数不同，U形动触片膨胀伸长，与静触片接触而接通电路。电流从电源一端流向镇流器→灯丝→启辉器→灯丝→电源的另一端构成通路。这时，由于启辉器两极闭合，两极间电压为零，启动器中的氖气停止导电，辉光放电消失，导致管内温度下降，U形动触片冷却收缩，两触片分离，电路自动断开。在两极断开的瞬间，电路电流突然切断，镇流器产生很大的自感电动势，与电源电压叠加后作用于灯管两端。灯丝受热时发射出大量电子，在灯管两端高电压作用下，以极大的速度由低电势端向高电势端运动。在加速运动的过程中，碰撞管内氩气分子，使之迅速电离。氩气电离生热，热量使水银产生蒸气，随之水银蒸气也被电离，并发出强烈的不可见的紫外线，紫外线激发灯管内壁的荧光粉后发出可见光。‎ 正常工作时，灯管两端的电压较低（40瓦灯管的两端电压约为110伏，20瓦的灯管的两端电压约为60伏），此电压不足以使启辉器再次产生辉光放电。因此，启辉器仅在启辉过程中起作用，一旦启辉完成，便处于断开状态。‎ 总结：‎ I、日光灯启动时要瞬时高压，而正常工作时需低压。II、镇流器在启动时提供瞬时电压，正常工作时相当于电阻起降压限流的作用。III、启辉过程实质是接通与再断开的过程，故可人为地采用多种方法来替代这一启辉过程。IV、启辉器的启辉过程利用了温度传感器的双金属片原理。V、白炽灯是纯电阻，而日光灯是非纯电阻。‎ 七：反电动势 电动机转动时，线圈中也会产生感应电动势，这一感应电动势总是消弱电源电动势的作用，我们把这一电动势叫反电动势。它的作用是阻碍线圈的转动。‎ 八：互感电动势 两个靠的比较近的线圈之间并没有相连，但一个线圈中的电流变化时，所产生的变化磁场会在另一个线圈中产生感应电动势，这种现象叫互感现象，这种感应电动势叫互感电动势。‎ ‎【例题】如下图一所示A、B为两个相同的环形线圈，共轴并靠近放置。当A线圈中通有如下图二所示的变化电流i，则（ ）‎ A．在t1到t2时间内A、B两线圈相吸。‎ B．在t2到t3时间内A、B两线圈相斥。‎ C．t1时刻两线圈间作用力为零。‎ D．t2时刻两线圈间吸力最大。‎ 九：涡流，电磁阻尼和电磁驱动 ‎①涡流 如右图所示，在一根导体外面绕上线圈，并让线圈通入交变电流，那么线圈就产生交变磁场。由于线圈中间的导体在圆周方向是可以等效成一圈圈的闭合电路，闭合电路中的磁通量在不断发生改变，所以在导体的圆周方向会产生感应电动势进而形成感应电流，电流的方向沿导体的圆周方向转圈，就像一圈圈的漩涡，所以这种在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象。导体的外周长越长，交变磁场的频率越高，涡流就越大。导体内部的涡流会产生热量，如果导体的电阻率小，则涡流很强，产生的热量就很大。‎ ‎1、涡流的热效应 在金属圆柱体上绕一组线圈，当线圈中通入交变电流时，金属圆柱体便处在交变磁场中。由于金属圆柱体的电阻率很小，涡流很大，所以热效应极为显著，可以用于金属材料的加热和冶炼。利用涡流冶炼金属的优点是整个过程能在真空中进行，这样就能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金。‎ ‎2、减小涡流危害 电动机、变压器的线圈都绕在铁芯上。线圈中流过变化的电流，在铁芯中产生涡流使铁芯发热，浪费了能量，还可能损坏电器。因此，要想办法减小涡流。常见方法如下。‎ I、增大铁芯的电阻率，常用的铁芯材料是硅钢，它的电阻率比较大。‎ II、用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来替代整块硅钢铁芯。‎ ‎3、涡流的应用 探雷器：探雷器就是利用涡流工作的，当用探雷器的长柄线圈进行扫雷时，线圈中有变化着的电流。如果地下埋着金属物品，金属中就会感应出涡流，涡流的磁场会反过来影响线圈中的电流进而使仪器报警。【同理理解其它有关涡流的应用（例：机场安检等）】‎ ‎②电场阻尼 导体在磁场中运动时，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。‎ 例：微安表的表头在运输时应该把两个接线柱连接在一起，因为这样能构成闭合回路，在运输的过程中指针在磁场中摆动时会产生电磁阻尼，阻碍指针的摆动，防止指针在摆动过程中损坏，有效地保护了指针。‎ ‎③电磁驱动 磁场相对于导体运动时，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种现象称为电磁驱动。‎ 例：交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理而工作的。‎ 拓展：录音机原理。‎ ‎1、放音过程是磁带上的磁信号在磁头的线圈里激起感应电流，然后放大成声音。即电磁感应原理。‎ ‎2、录音过程是由声音变成的电信号通过磁头的线圈激起变化的磁场，在磁带上记录磁信号。即电流的磁效应原理。‎