选修3-2-4.6互感和自感

4.6互感和自感第四章电磁感应东海县白塔高级中学高二物理组法拉第和他的实验线圈在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，当一个线圈中的电流变化时，在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？一、互感现象1.当一个线圈中电流变化时，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为互感。互感现象中产生的感应电动势，称为互感电动势。2、利用互感现象，可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈。因此，互感现象在电工技术和电子技术中有广泛的应用。如：变压器3、互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,而且可以发生于任何两个相互靠近的电路之间。在电力工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，这时要设法减小电路间的互感。L问题：K接通瞬间，线圈L本身中会不会产生感应电动势？K当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也在它本身激发出感应电动势。这种现象称为自感，由于自感而产生的感应电动势叫做自感电动势。演示实验一：通电自感2、再调节变阻器R1使两个灯泡都正常发光。3、然后断开开关S。1、先合上开关S，调节变阻器R的电阻，使同样规格的两个灯泡A1和A2的明亮程度相同。LA1RA2SR1二、自感现象观察：重新接通电路时,两个灯泡发光情况现象：灯泡A2立刻正常发光，跟线圈L串联的灯泡A1逐渐亮起来。电路接通时，电流由零开始增加，穿过线圈L的磁通量逐渐增加，L中产生的感应电动势的方向与原来的电流方向相反，阻碍L中电流增加，即推迟了电流达到正常值的时间,A1最终还是达到正常发光。分析：接通电路，待灯泡A正常发光。然后断开电路，观察到什么现象？A演示实验二：断电自感断电自感现象[现象]S断开时，灯泡A突然闪亮一下才熄灭。思考与讨论1.电源断开时，通过灯泡A的电流立刻消失，通过线圈L的电流也要减小，这时会出现感应电动势。感应电动势的作用是使线圈L中的电流减小得更快些还是更慢些？AILIA自感电动势将阻碍L中电流减小，使其减小得更慢些2.产生感应电动势的线圈可以看做一个电源，它能向外供电。由于开关已经断开，线圈提供的感应电流将沿什么途径流动？3.开关断开后，通过灯泡的感应电流与原来通过它的电流方向是否一致？4.开关断开后，通过灯泡的感应电流是否有可能比原来的电流更大？为了使实验的效果更明显，对线圈L应该有什么要求？AILILALII增大感应电动势，减小RL，增大IL阻碍：电流不能“突变”，只能“渐变”增反减同阻碍≠阻止，电流仍然变化，只是变化的进程被推迟、延缓，最终还是要达到稳态。总结1．导体中电流变化时，自身产生感应电动势，这个感应电动势阻碍原电流的变化．2．自感现象：由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫做自感现象．3．自感电动势：在自感现象中产生的感应电动势，叫做自感电动势．注意：“阻碍”不是“阻止”，电流原来怎么变化还是怎么变，只是变化变慢了，即对电流的变化起延迟作用。反馈训练1、实验一中，当电键闭合后，通过灯泡A1的电流随时间变化的图像为图；通过灯泡A2的电流随时间变化的图像为图。ItItItItABCDCALA1RA2SR1反馈训练2、在实验二中，若线圈L的电阻RL与灯泡A的电阻RA相等，则电键断开前后通过线圈的电流随时间的变化图像为图，通过灯泡的电流随时间的变化图像为图；若RL远小于RA，则电键断开前后通过线圈的电流随时间的变化图像为图，通过灯泡的电流图像为图。ItABCDItItItACBDALStEItIEtILE自感系数三、自感系数1、自感电动势的大小：与电流的变化率成正比（1）决定线圈自感系数的因素：大小、形状、匝数、是否有铁芯。实验表明，线圈越大，越粗，匝数越多，自感系数越大。另外，带有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。（2）自感系数的单位：亨利，简称亨，符号是H常用单位：毫亨（mH）微亨（μH）2、自感物理意义：描述线圈产生自感电动势的能力式中L是比例系数，叫做自感系数，简称电感或自感自感系数很大有时会产生危害：四、磁场的能量问题：在断电自感的实验中，为什么开关断开后，灯泡的发光会持续一段时间？甚至会比原来更亮？试从能量的角度加以讨论。开关闭合时线圈中有电流，电流产生磁场，能量储存在磁场中，开关断开时，线圈作用相当于电源，把磁场中的能量转化成电能。阅读教材最后一段P24，回答问题：1、线圈能够体现电的“惯性”，应该怎样理解？2、电的“惯性”大小与什么有关？当线圈通电瞬间和断电瞬间，自感电动势都要阻碍线圈中电流的变化，使线圈中的电流不能立即增大到最大值或不能立即减小为零电的“惯性”大小决定于线圈的自感系数小结1、当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为互感。互感现象产生的感应电动势，称为互感电动势。2、由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫自感现象。3、自感现象中产生的电动势叫自感电动势。（1）自感电动势的作用：阻碍导体中原来的电流变化。（2）自感电动势大小：4、自感系数L：与线圈的大小、形状、圈数及有无铁心有关5、磁场具有能量IELt课堂训练1、演示自感的实验电路图如右图所示，L是电感线圈，A1、A2是规格相同的灯泡，R的阻值与L的直流电阻值相同。当开关由断开到合上时，观察到的自感现象是比先亮，最后达到同样亮。A2A1LA1RA2SR12、上图中，电阻R的电阻值和电感L的自感系数都很大，但L的直流电阻值很小，A1、A2是两个规格相同的灯泡。则当电键S闭合瞬间，比先亮，最后比亮。A1A2A2A1课堂训练2、如图所示，L为自感系数较大的线圈，电路稳定后小灯泡正常发光，当断开电键的瞬间会有A.灯A立即熄灭B.灯A慢慢熄灭C.灯A突然闪亮一下再慢慢熄灭D.灯A突然闪亮一下再突然熄灭LAA•1、如图所示的电路中，A1和A2是完全相同的灯泡，线圈L的电阻可以忽略不计，下列说法中正确的是（）•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和A2始终一样亮•C．断开开关S切断电路时，A2立即熄灭，A1过一会熄灭•D．断开开关S切断电路时，A1和A2都要过一会才熄灭例与练合上开关S接通电路时：A2先亮A1后亮，断开开关S切断电路时：A1和A2都要过一会才熄灭。•2、如图所示，电感线圈的电阻和电池内阻均可忽略不计，两个电阻的阻值都是R，电键K原来打开着，电流为I0，今合上电键将一电阻短路，于是线圈中有自感电动势产生，此时自感电动势（）A．有阻碍电流的作用，最后电流由I0减小到零B．有阻碍电流的作用，最后电流总小于I0C．有阻碍电流增大的作用，因而电流I0保持不变D．有阻碍电流增大的作用，因而电流最后还是增大到2I0例与练“阻碍”并非“阻止”，电流最后还是要增大到2I0。•3、如图所示是演示自感现象的电路图.L是一个电阻很小的带铁芯的自感线圈,A是一个标有“6V，4w”的小灯泡,电源电动势为6V，内阻为3Ω，在实验中（）•A.S闭合的瞬间灯泡A中有电流通过,其方向是从a→b•B.S闭合后，灯泡A不能正常工作•C.S由闭合而断开瞬间，灯A中无电流•D.S由闭合而断开瞬间，灯A中有电流通过，其方向为从b→a例与练ABD•4、如图所示，L为电感足够大而电阻可以忽略的电感线圈，A、B两只灯泡完全相同，则下列说法中正确的是（）•A.电键闭合时，A灯逐渐变亮，B灯立刻变亮•B.电键闭合时，A灯与B灯同时亮，接着A灯逐渐熄灭，B灯变得更亮•C.电键断开时，A灯立刻熄灭，B灯逐渐熄灭•D.电键断开时，A灯逐渐熄灭，B灯立刻熄灭例与练BD5.B如图所示的电路中，AB支路由带铁芯的线圈和电流表A1串联而成，流过的电流为I1，CD支路由电阻R和电流表A2串联而成，流过的电流为I2，已知这两支路的电阻值相同，则在接通S和断开S的时候，观察到的现象是A.接通S的瞬间I1I2，断开的瞬间I1I2B.接通S的瞬间I1I2，断开的瞬间I1=I2C.接通S的瞬间I1=I2，断开的瞬间I1I2D.接通S的瞬间I1I2，断开的瞬阃I1=I2B