1、6互感和自感,一、互感現(xiàn)象 1.定義:兩個相互靠近的線圈,當一個線圈中的電流變化時,它所產(chǎn)生的變化的磁場會在另一個線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象。產(chǎn)生的電動勢叫做互感電動勢。 2.應(yīng)用:互感現(xiàn)象可以把能量由一個線圈傳遞到另一個線圈,變壓器、收音機的“磁性天線”就是利用互感現(xiàn)象制成的。 3.危害:互感現(xiàn)象能發(fā)生在任何兩個相互靠近的電路之間。在電力工程和電子電路中,互感現(xiàn)象有時會影響電路正常工作。,二、自感現(xiàn)象和自感系數(shù) 1.自感現(xiàn)象:當一個線圈中的電流變化時,它產(chǎn)生的變化的磁場在它本身激發(fā)出感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象。 2.自感電動勢:由于自感而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。 3.自感電動勢的大小:E=L ,其中L是自感

2、系數(shù),簡稱自感或電感,單位:亨利,符號為H。 4.自感系數(shù)大小的決定因素:自感系數(shù)與線圈的大小、形狀、圈數(shù),以及是否有鐵芯等因素有關(guān)。,三、磁場的能量 1.自感現(xiàn)象中的磁場能量 (1)線圈中電流從無到有時:磁場從無到有,電源的能量輸送給磁場,儲存在磁場中。 (2)線圈中電流減小時:磁場中的能量釋放出來轉(zhuǎn)化為電能。 2.自感電動勢有阻礙線圈中電流變化的性質(zhì)。 搜索“自感現(xiàn)象的應(yīng)用日光燈”,了解日光燈啟動過程中的自感問題。,自我檢測 1.正誤判斷。 (1)自感現(xiàn)象中,感應(yīng)電動勢一定和原電流方向相反。 () 解析:自感現(xiàn)象中感應(yīng)電動勢的方向遵從楞次定律。當原電流減小時,自感電動勢與原電流方向相同;當

3、原電流增大時,自感電動勢與原電流方向相反。 答案: (2)線圈中產(chǎn)生的自感電動勢較大時,其自感系數(shù)一定較大。 () 解析:自感電動勢的大小E=L ,所以自感電動勢大不一定是由自感系數(shù)大引起的,有可能是電流的變化率很大引起的。 答案:,(3)對于同一線圈,當電流變化較快時,線圈中的自感電動勢也較大。 () 解析:由E=L 知,對于同一線圈,自感系數(shù)確定,當電流變化越快時,線圈中產(chǎn)生的自感電動勢也越大。 答案: (4)沒有發(fā)生自感現(xiàn)象時,即使有磁場也不會儲存能量。 () 解析:磁場可以儲存能量與有沒有發(fā)生自感現(xiàn)象無關(guān)。 答案:,2.(多選)如圖乙所示,是一種延時開關(guān)的原理圖,S2閉合后,當S1閉合

4、時,電磁鐵F將銜鐵D吸下,C線路接通;當S1斷開時,由于電磁感應(yīng)作用,D將延遲一段時間才被釋放。則() A.由于A線圈的電磁感應(yīng)作用,才產(chǎn)生延時釋放D的作用 B.由于B線圈的電磁感應(yīng)作用,才產(chǎn)生延時釋放D的作用 C.如果斷開B線圈的開關(guān)S2,無延時作用 D.如果斷開B線圈的開關(guān)S2,延時將變長,解析:線圈A中的磁場隨開關(guān)S1的閉合而產(chǎn)生,隨S1的斷開而消失。當S1閉合時,線圈A中的磁場穿過線圈B,當S2閉合,S1斷開時,線圈A在線圈B中的磁場變?nèi)?線圈B中有感應(yīng)電流,B中電流的磁場繼續(xù)吸引D而起到延時的作用,所以B正確、A錯誤;若S2斷開,線圈B中不產(chǎn)生感應(yīng)電流而起不到延時作用,所以C正確、D

5、錯誤。 答案:BC,3.大城市的無軌電車在行駛的過程中,由于車身顛簸,有可能使車頂上的電弓瞬間脫離電網(wǎng)線,這時可以看到電火花閃現(xiàn)。請說說電火花產(chǎn)生的原因是什么? 解析:電弓脫離電網(wǎng)線的瞬間電流減小,所產(chǎn)生的自感電動勢很大,在電弓與電網(wǎng)線的空隙產(chǎn)生電火花。 答案:見解析,探究一,探究二,探究三,互感現(xiàn)象 問題探究 在法拉第的實驗中兩個線圈并沒有用導(dǎo)線連接,當一個線圈中的電流變化時,在另一個線圈中為什么會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢呢? 要點提示:兩個線圈之間并沒有導(dǎo)線相連,但當一個線圈中的電流變化時,它所產(chǎn)生的變化的磁場會在另一個線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。,探究一,探究二,探究三,知識歸納 1.互感現(xiàn)象是一種常見

6、的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,它不僅發(fā)生于繞在同一鐵芯上的兩個線圈之間,而且可以發(fā)生于任何兩個相互靠近的電路之間。 2.互感現(xiàn)象可以把能量由一個電路傳到另一個電路。變壓器就是利用互感現(xiàn)象制成的。,探究一,探究二,探究三,典例剖析 【例題1】 如圖甲所示,A、B兩絕緣金屬環(huán)套在同一鐵芯上,A環(huán)中電流iA隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示,下列說法中正確的是() A.t1時刻,兩環(huán)作用力最大 B.t2和t3時刻,兩環(huán)相互吸引 C.t2時刻兩環(huán)相互吸引,t3時刻兩環(huán)相互排斥 D.t3和t4時刻,兩環(huán)相互吸引 解析:t1時刻感應(yīng)電流為零,故兩環(huán)作用力為零,A錯誤;t2和t3時刻A環(huán)中電流在減小,則B環(huán)中產(chǎn)生與A環(huán)中同向的

7、電流,故相互吸引,B正確,C錯誤;t4時刻A中電流為零,兩環(huán)無相互作用,D錯誤。 答案:B,探究一,探究二,探究三,變式訓(xùn)練1在同一鐵芯上繞著兩個線圈,單刀雙擲開關(guān)原來接在1處,現(xiàn)把它從1扳到2,如圖所示,試判斷在此過程中,在電阻R上的電流方向是() A.先由PQ,再由QPB.先由QP,再由PQ C.始終由QPD.始終由PQ 解析:開關(guān)由1扳到2,線圈A中電流產(chǎn)生的磁場開始由左向右,先減小后反向增加,由楞次定律可得R中電流由QP,C正確。 答案:C,探究一,探究二,探究三,自感現(xiàn)象 問題探究 1.如圖所示,開關(guān)S閉合的時候兩個燈泡的發(fā)光情況有什么不同,根據(jù)楞次定律結(jié)合電路圖分析現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。

8、,探究一,探究二,探究三,要點提示:現(xiàn)象:燈泡A2立即正常發(fā)光,燈泡A1逐漸亮起來。 原因:電路接通時,電流由零開始增加,穿過線圈L的磁通量逐漸增加,為了阻礙磁通量的增加,感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通量與原來電流產(chǎn)生的磁通量方向相反,則線圈中感應(yīng)電動勢方向與原來的電流方向相反,線圈中感應(yīng)電動勢阻礙了L中電流的增加,即推遲了電流達到正常值的時間。,探究一,探究二,探究三,2.如圖所示,先閉合開關(guān)使燈泡發(fā)光,然后斷開開關(guān)。(1)開關(guān)斷開前后,流過燈泡的電流方向相同嗎?(2)在斷開過程中,有時燈泡閃亮一下再熄滅,有時燈泡只會緩慢變暗直至熄滅,請分析上述兩種現(xiàn)象的原因是什么?,要點提示:(1)S閉合時,燈泡A中

9、電流方向向左,S斷開瞬間,燈泡A中電流方向向右,所以開關(guān)S斷開前后,流過燈泡的電流方向相反。(2)在電源斷開后燈泡又閃亮一下的原因是燈泡斷電后自感線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流比原燈泡中的電流大。要想使燈泡閃亮一下再熄滅,就必須使自感線圈的電阻小于與之并聯(lián)的燈泡電阻。而當線圈電阻大于燈泡電阻時,燈泡只會緩慢變暗直至熄滅。,探究一,探究二,探究三,知識歸納 1.對自感現(xiàn)象的理解 自感現(xiàn)象是一種電磁感應(yīng)現(xiàn)象,遵守法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律。 2.對自感電動勢的理解 (1)產(chǎn)生原因 通過線圈的電流發(fā)生變化,導(dǎo)致穿過線圈的磁通量發(fā)生變化,因而在原線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。 (2)自感電動勢的方向 當原電流增大時,

10、自感電動勢的方向與原電流方向相反;當原電流減小時,自感電動勢的方向與原電流方向相同(即:增反減同)。 (3)自感電動勢的作用 阻礙原電流的變化,而不是阻止,原電流仍在變化,只是使原電流的變化時間變長,即總是起著推遲電流變化的作用。,探究一,探究二,探究三,3.對電感線圈阻礙作用的理解 (1)若電路中的電流正在改變,電感線圈會產(chǎn)生自感電動勢阻礙電路中電流的變化,使得通過電感線圈的電流不能突變。 (2)若電路中的電流是穩(wěn)定的,電感線圈相當于一段導(dǎo)線,其阻礙作用是由繞制線圈的導(dǎo)線的電阻引起的。 (3)線圈通電和斷電時線圈中電流的變化規(guī)律如圖。 閉合開關(guān)瞬間時,線圈相當于斷路,斷開開關(guān)瞬間時,線圈相當

11、于電源。,探究一,探究二,探究三,典例剖析 【例題2】如圖所示的電路中A1和A2是兩個相同的小燈泡,L是一個自感系數(shù)相當大的線圈,其阻值與R相同。在開關(guān)S閉合和斷開時,燈泡A1和A2亮暗的順序是() A.閉合時A1先達最亮,斷開時A1后滅 B.閉合時A2先達最亮,斷開時A1后滅 C.閉合時A1先達最亮,斷開時A1先滅 D.閉合時A2先達最亮,斷開時A2先滅,探究一,探究二,探究三,解析:當開關(guān)S閉合時,A1和A2同時亮,但由于自感現(xiàn)象的存在,流過線圈的電流由零變大時,線圈上產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流的增大,使通過線圈的電流從零開始慢慢增加,所以開始時電流幾乎全部從A1通過,而該電流又將同時分路通過

12、A2和R,所以A1先達最亮,經(jīng)過一段時間電路穩(wěn)定后,A1和A2達到一樣亮;當開關(guān)S斷開時,電源電流立即為零,因此A2立即熄滅,而對A1,由于通過線圈的電流突然減小,線圈中產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流的減小,使線圈L和A1組成的閉合電路中有感應(yīng)電流,所以A1后滅。 答案:A,探究一,探究二,探究三,自感現(xiàn)象的分析思路 明確通過自感線圈的電流的變化情況(增大還是減小) 根據(jù)“增反減同”,判斷自感電動勢的方向 分析阻礙的結(jié)果:電流增強時,由于自感電動勢的作用,線圈中電流逐漸增大,與線圈串聯(lián)的元件中的電流也逐漸增大;電流減小時,由于自感電動勢的作用,線圈中電流逐漸減小,與線圈串聯(lián)的元件中的電流也逐漸減小,探

13、究一,探究二,探究三,變式訓(xùn)練2(多選)如圖(a)、(b)所示的電路中,電阻R和自感線圈L的電阻值都很小,且小于燈泡A的電阻,閉合開關(guān)S,使電路達到穩(wěn)定,燈泡A發(fā)光,則() A.在電路(a)中,斷開S,A將漸漸變暗 B.在電路(a)中,斷開S,A將先變得更亮,然后漸漸變暗 C.在電路(b)中,斷開S,A將漸漸變暗 D.在電路(b)中,斷開S,A將先變得更亮,然后漸漸變暗,探究一,探究二,探究三,解析:在電路(a)中,燈A和線圈L串聯(lián),它們的電流相同,斷開S時,線圈上產(chǎn)生自感電動勢,阻礙原電流的減小,流過燈A的電流逐漸減小,從而燈A只能漸漸變暗。在電路(b)中,電阻R和燈A串聯(lián),燈A的電阻大于線

14、圈L的電阻,電流則小于線圈L中的電流,斷開S時,電源不再給燈泡供電,而線圈產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流的減小,通過R、A形成回路,燈A中電流突然變大,燈A將先變得更亮,然后漸漸變暗,故A、D正確。 答案:AD,探究一,探究二,探究三,自感系數(shù)、磁場的能量 問題探究 1.感應(yīng)電動勢的大小跟什么因素有關(guān)? 2.如圖所示,為什么電路板上電感線圈尺寸大小和匝數(shù)不一樣? 3.在斷電自感的實驗中,為什么開關(guān)斷開后,燈泡的發(fā)光會持續(xù)一段時間?甚至?xí)仍瓉砀?試從能量的角度加以討論。,探究一,探究二,探究三,要點提示:1.自感電動勢的大小跟其他感應(yīng)電動勢的大小一樣,跟穿過線圈的磁通量的變化快慢有關(guān)。而在自感現(xiàn)象中

15、,穿過線圈的磁通量是由電流引起的,故自感電動勢的大小跟導(dǎo)體中電流變化的快慢有關(guān)。 2.不同的電感線圈阻礙電流變化的本領(lǐng)不同。 3.開關(guān)閉合時線圈中有電流,電流產(chǎn)生磁場,能量儲存在磁場中,開關(guān)斷開時,線圈作用相當于電源,把磁場中的能量轉(zhuǎn)化成電能。,探究一,探究二,探究三,知識歸納 1.自感系數(shù),2.自感現(xiàn)象中的磁場能量 (1)線圈中電流從無到有時:磁場從無到有,電源把能量輸送給磁場,儲存在磁場中。 (2)線圈中電流減小時:磁場中的能量釋放出來轉(zhuǎn)化為電能。,探究一,探究二,探究三,典例剖析 【例題3】 關(guān)于線圈的自感系數(shù),下面說法正確的是 () A.線圈的自感系數(shù)越大,自感電動勢就一定越大 B.線

16、圈中電流等于零時,自感系數(shù)也等于零 C.線圈中電流變化越快,自感系數(shù)越大 D.線圈的自感系數(shù)由線圈本身的性質(zhì)及有無鐵芯決定 解析:自感系數(shù)是由線圈的大小、形狀、圈數(shù)、有無鐵芯等因素決定的,故B、C錯,D對;自感電動勢不僅與自感系數(shù)有關(guān),還與電流變化快慢有關(guān),故A錯。 答案:D,1,2,3,4,1.在無線電儀器中,常需要在距離較近的地方安裝兩個線圈,并要求一個線圈中有電流變化時,對另一個線圈中的電流影響盡量小,則下圖中兩個線圈的相對安裝位置最符合該要求的是(),1,2,3,4,解析:某一個線圈的磁場通過另一個線圈的磁通量的變化率越小,影響則越小,欲使兩線圈由于互感的影響盡量小,應(yīng)放置成D選項的情

17、形,這樣其一個線圈的磁場通過另一個線圈的磁通量的變化應(yīng)為零,故D選項正確。 答案:D,1,2,3,4,2.在制作精密電阻時,為了消除使用過程中由于電流變化而引起的自感現(xiàn)象,采取了雙線繞法,如圖所示,其道理是() A.當電路中的電流變化時,兩股導(dǎo)線中產(chǎn)生的自感電動勢相互抵消 B.當電路中的電流變化時,兩股導(dǎo)線中產(chǎn)生的感應(yīng)電流互相抵消 C.當電路中的電流變化時,兩股導(dǎo)線中產(chǎn)生的磁通量互相抵消 D.當電路中的電流變化時,電流的變化量相互抵消,1,2,3,4,解析:能否有感應(yīng)電動勢,關(guān)鍵在于穿過回路的磁通量是否變化。由于導(dǎo)線是雙線繞法,使穿過回路的磁通量等于零,無論通過的電流變化與否,磁通量均為零,所以不存在感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。 答案:C,1,2,3,4,3.(多選)如圖所示,閉合電路中的螺線管可自由伸縮,螺線管有一定的長度,這時燈泡具有一定的亮度,若將一軟鐵棒從螺線管左邊迅速插入螺線管內(nèi),則將看到() A.燈泡變暗 B.燈泡變亮 C.螺線管縮短 D.螺線管伸長 解析:當軟鐵棒插入螺線管中,穿過螺線管的磁通量增加,故產(chǎn)生反向的