互感和自感（課件）高二物理（粵教版2019選擇性）

2.4互感和自感新粵教版（2019）高中物理選擇性必修第二冊

第二章

兩個線圈A、B之間并沒有導線相連線，圈A與手機(或MP3等)的音頻輸出端連接，線圈B與擴音器的輸入端連接，把線圈A插入線圈B時就能在擴音器上聽見由手機輸出的聲音，這是為什么?新課引入ABAB①什么是音頻信號？②為什么能在擴音器上聽見由手機輸出的聲音？①音頻信號：頻率變化的電流信號②A線圈中變化的電流（音頻信號）—→變化的磁場—→B線圈磁通量變化—→產(chǎn)生感應電流。如圖所示是法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象的實驗原理圖之一。對稱性思想互感：線圈A中電流發(fā)生變化，它產(chǎn)生的變化的磁場在線圈B中激發(fā)出了感應電動勢，根據(jù)對稱性思想，線圈B中感應電流的變化，同時也會在線圈A中產(chǎn)生相應的感應電動勢。這種現(xiàn)象稱為互感，所產(chǎn)生的感應電動勢稱為互感電動勢?；ジ鞋F(xiàn)象

如圖所示的無線通信演示實驗中，打開收音機開關時，線圈和線圈之間有一定的距離，喇叭卻能發(fā)生音樂聲響。關閉收音機，喇叭則不發(fā)生?；ジ鞋F(xiàn)象

利用互感現(xiàn)象，我們可以將一個線圈中變化的信號傳遞到另外一個線圈．在如圖所示的無線通信演示實驗中，打開收音機開關時，線圈L1和線圈L2之間有一定的距離，喇叭卻能發(fā)出音樂聲響。關閉收音機，喇叭則不發(fā)聲．可見喇叭發(fā)出的聲音是通過線圈L1和L2的互感作用，將收音機的音樂電信號傳遞給喇叭。新課講授城鄉(xiāng)變壓器收音機里的磁性天線

無線充電器

應用：傳遞能量和傳遞信息互感現(xiàn)象

1、概念：由于線圈本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象稱為自感。

實驗1：探究通電時的自感現(xiàn)象。解釋現(xiàn)象產(chǎn)生的原因?，F(xiàn)象：開關S閉合，燈泡L2立刻正常發(fā)光，L1逐漸發(fā)光。原因：線圈發(fā)生電磁感應現(xiàn)象，產(chǎn)生感應電動勢，阻礙L1發(fā)光。自感現(xiàn)象SABRIAB原B感EIAIB電源

1、概念：由于線圈本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象稱為自感。自感現(xiàn)象實驗2：探究斷電時的自感現(xiàn)象?！舅伎紗栴}】（1）如圖（a），電源斷開時，通過線圈L的電流減小，這時會出現(xiàn)感應電動勢。感應電動勢的作用是使線圈L中的電流減小得更快些還是更慢些？（2）產(chǎn)生感應電動勢的線圈可以看作一個電源，它能向外供電。由于開關已經(jīng)斷開，線圈提供的感應電流將沿什么路徑流動？（3）開關斷開后，通過燈泡的感應電流與原來通過它的電流方向是否一致？更慢些線圈與燈泡組成新的回路，電流沿逆時針方向相反（a）（4）開關斷開后，通過燈泡的感應電流是否有可能比原來的電流更大？為了使實驗的效果更明顯，對線圈L應該有什么要求？（5）斷開開關時，電路中的能量轉化情況是怎樣的？線圈的直流電阻比燈泡小線圈儲存的磁場能轉化為電能實驗2：探究斷電時的自感現(xiàn)象。（a）實驗2：探究斷電時的自感現(xiàn)象。（6）從理論上分析，實驗電路（a）和實驗電路（b）中的開關斷開時，各會發(fā)生什么現(xiàn)象？（7）根據(jù)理論分析的結果，哪個實驗方案相對更好？圖(a):燈泡L2閃亮一下，然后逐漸熄滅圖(b):燈泡L1閃亮一下，然后逐漸熄滅,燈泡L2馬上熄滅（a）（b）實驗2：探究斷電時的自感現(xiàn)象。

1、概念：由于線圈本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象稱為自感。

總結：

（1）當原電流增大時，自感電動勢對電流的增大起到“阻礙”作用；

（2）當原電流減小時，自感電動勢對電流的減小起到“阻礙”作用；

（3）自感現(xiàn)象遵循能量守恒定律，說明磁場具有能量。自感現(xiàn)象

1、概念：由于線圈本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象稱為自感。

（1）作用：總是阻礙線圈中原電流的變化，即總是起著推遲電流變化的作用。

（2）方向：當原電流增大時，自感電動勢與原電流方向相反；當原電流減小時，自感電動勢與原電流方向相同。

2、自感電動勢：在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應電動勢。自感現(xiàn)象

自感電動勢遵循法拉第電磁感應定律：

線圈中變化的電流所激發(fā)的磁感應強度

與電流的變化率成正比：

自感電動勢與電流的變化率成正比：自感系數(shù)描述線圈產(chǎn)生自感電動勢本領大小的物理量2.決定因素線圈的圈數(shù)是否有鐵芯線圈的大小線圈的形狀亨利（H）

1.物理意義:3.單位：甲一條導線彎了幾匝的線圈乙空芯線圈，丙在鐵芯上繞了幾千匝的線圈，甲乙丙自感系數(shù)

1應用：在交流電路中、在各種用電設備和無線電技術中有著廣泛的應用。如日光燈的鎮(zhèn)流器等。

2防止：在切斷自感系數(shù)很大、電流很強的電路的瞬間，產(chǎn)生很高的電動勢，形成電弧，在這類電路中應采用特制的開關。（1）安全開關問題電弧放電，燒壞開關，危及人身安全（2）精密電阻磁通量恒=0生活、生產(chǎn)中的自感現(xiàn)象

問題1：請舉例說明在生活、生產(chǎn)中，如何利用自感現(xiàn)象？

利用斷電自感產(chǎn)生高壓：日光燈、汽車發(fā)動機點火器、煤氣灶電子點火器生活、生產(chǎn)中的自感現(xiàn)象

問題2：請舉例說明自感現(xiàn)象有哪些危害。生活、生產(chǎn)中的自感現(xiàn)象

自感現(xiàn)象也會產(chǎn)生危害，生產(chǎn)中的大型電動機一般都有自感系數(shù)很大的線圈．當電路中開關斷開時，線圈會產(chǎn)生很大的自感電動勢，使開關的閘刀和固定夾片之間的空氣電離而變成導體，形成電?。@不僅會燒壞開關，甚至還會危害到操作人員的安全．因此，切斷這種電路時必須采用特制的安全開關．生活、生產(chǎn)中的自感現(xiàn)象

無軌電車在行駛的過程中，由于車身顛簸，有可能導致車頂上的車弓在某個瞬間會脫離電網(wǎng)線出現(xiàn)瞬間斷電，此時電車內(nèi)部的線圈會產(chǎn)生一個較大的自感電動勢，使電弓與電網(wǎng)線之間的空氣電離，從而閃現(xiàn)電火1.拔下正在工作的家用電器的電源插頭，或者將家用電器電源插頭插入插座時，有時會看到電火花，這些電火花是怎樣產(chǎn)生的？日常生活中我們應當怎樣注意用電安全？1.拔下插頭或插入插頭時，對應斷電或通電瞬間，會出現(xiàn)點火花的原因主要在于：一方面會因為電路中產(chǎn)生感應電動勢而使得在插座和插頭之間的空氣電離；另一方面兩者在接通或斷開時，兩導體相互逐漸靠近和離開，兩導體間距離很小時，空氣被擊穿。日常生活中，對此問題，我們建議在開啟用電設備前，先將插頭插入，然后再開啟插座或接線板的開關，因為合格的開關開合時間短、觸點有鍍銀等消弧措施，對人身安全和設備安全均有利。2.電子設備中常要用一種沒有電感的精密電阻，采用的是雙線并繞的方式，即把一根電阻線對折后繞制成線圈，如圖2-4-8所示．為什么這種結構的電阻會沒有電感？2.采用雙向并繞的方式后，并繞的兩個線圈電流方向恰好相反，在發(fā)生自感時，兩線圈產(chǎn)生的感應電流大小相等，方向相反，即產(chǎn)生的電感量相互抵消，整個繞線電阻就能對外呈現(xiàn)無感即沒有電感的特點。將實驗1中的兩個燈泡換成兩個電流傳感器，可以得到兩條對應的i-t圖線，如圖2-4-9所示，它們的主要區(qū)別在于圖線拐角處形狀不同．請實際操作實驗并判斷：這兩條曲線分別對應了哪條支路？為什么？

第一條曲線對應的是實驗1中電感所在的支路；第二條曲線對應實驗1中的另一條支路．實驗1中，閉合開關時，燈泡L2所在的支路在開關閉合瞬間就有電流流過，燈泡中的電流瞬間增大；但燈泡L1所在的支路由于有電感器L,開關閉合瞬間，由于電路中電流瞬間增大，電感器線圈中產(chǎn)生阻礙電流增加的感應電動勢，感應電流的方向與電路中的電流方向相反，阻礙電流流過支路燈泡L1,使得電流增大需要一個極短時間。但阻礙不能阻止，當電路中電流趨于穩(wěn)定時，電感中電流變化率小，感應電動勢小，燈泡中電流增大，穩(wěn)定時，燈泡L1中流過的電流與燈泡L2中電流相等．課堂小結1.當一個線圈中電流變化，在另一個線圈中產(chǎn)生感應電動勢的現(xiàn)象，稱為互感?；ジ鞋F(xiàn)象產(chǎn)生的感應電動勢，稱為互感電動勢。2.由于導體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象，叫自感現(xiàn)象。3.自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢叫自感電動勢。（1）自感電動勢的作用：阻礙導體中原來的電流變化。（2）自感電動勢大?。?.自感系數(shù)L：與線圈的大小、形狀、圈數(shù)及有無鐵心有關。練習１．在如圖所示的電路中，Ｌ是自感系數(shù)足夠大的線圈，它的電阻可忽略不計，Ｌ１和Ｌ２是兩個完全相同的小燈泡．（１）當閉合開關Ｓ時，Ｌ１和Ｌ２兩個燈泡的亮度將如何變化？（２）當斷開開關Ｓ時，Ｌ１和Ｌ２兩個燈泡的亮度又將如何變化？解：（1)開關S閉合瞬間，但由于線圈的電流增加、導致線圈中出現(xiàn)感應電動勢從而阻礙電流的增加，且線圈的自感系數(shù)足夠大，線圈相當于斷路，兩燈泡串聯(lián)，所以兩燈同時亮；（2)開關S閉合斷開，L2立即熄滅，但由于線圈的電流減小，導致線圈中出現(xiàn)感應電動勢從而阻礙電流的減小，電路中將穩(wěn)持短暫時間的電流，從L,流過，所以L,亮一下再慢慢熄滅。２．某同學設計了如圖所示的實驗電路來測定自感系數(shù)很大的線圈Ｌ的電阻．（１）請根據(jù)實驗電路，說明該實驗測定線圈Ｌ電阻的原理．（２）測量完畢后，該同學想先斷開開關Ｓ２，此時，他的同學趕緊制止，并告訴他，若其斷開開關Ｓ２將會燒壞電壓表．這種說法正確嗎？如何正確拆解這個電路？練習（2)正確．先斷開開關S,,再斷開開關S2;然后拆除電源兩極的導線以及其他導線．解：（1)先閉合S2,再閉合S1,記下電流表和電壓表的示數(shù)分別／、U,線圈的電阻為練習３．在實際生產(chǎn)中，有些高壓直流電路中含有自感系數(shù)很大的線圈．當電路中的開關Ｓ由閉合到斷開時，線圈會產(chǎn)生很高的自感電動勢，使開關Ｓ處產(chǎn)生電弧，危及操作人員的人身安全．為了避免電弧的產(chǎn)生，幾名同學分別提出了以下四種方案，如圖所示．哪種（些）方案可行？還有其他設計方案嗎？解：由題意可知、當斷開瞬間時，線圈中產(chǎn)生很高的自感電動勢，若不并