1、6 互感和自感 1.互感现象 了解什么是互感现象,了解互感现象在生活和生产中的应用和防止。2.自感现象 了解什么是自感现象,了解自感现象在生活和生产中的应用和防止;能够运用电磁感应的有关规律分析通、断电自感现象;了解自感电动势的计算式。3.自感系数 知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量,知道它的大小与哪些因素有关,知道它的单位。1 2 3 4 1.互感现象(1)定义:两个相互靠近的线圈,当一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势的现象。互感现象中,产生的电动势叫作互感电动势。(2)应用:互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈,变压器、收音机的“磁性天线
2、”就是利用互感现象制成的。(3)危害:互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间,电力工程和电子电路中,有时会影响电路正常工作,这时要设法减小电路间的互感。1 2 3 4 2.自感现象(1)定义:一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场在它本身激发出感应电动势的现象。由于自感而产生的电动势叫作自感电动势。1 2 3 4(2)通电自感和断电自感。项目 电路 现象 自感电动势的作用通电自感 接通电源的瞬间,灯泡A1逐渐变亮 阻碍电流的增加 断电自感 断开开关的瞬间,灯泡A 逐渐变暗,或闪亮一下后再逐渐变暗 阻碍电流的减小 1 2 3 4 结合电磁感应的产生条件想一想,互感现象与自感现象是否属于
3、电磁感应现象?提示:两者都属于电磁感应现象,都遵循法拉第电磁感应定律和楞次定律。1 2 3 4 3.自感电动势与自感系数(1)自感电动势 大小:正比于电流(或磁通量)的变化率公式:(1)=(2)=(式中表示自感系数)方向:遵守楞次定律,即当原电流增大时,自感电动势与原电流方向相反;当原电流减小时,自感电动势与原电流方向相同作用:总是阻碍线圈中原电流的变化,即总是起着推迟电流变化的作用1 2 3 4(2)自感系数 物理意义:表示线圈产生自感电动势本 领大小的物理量大小的决定因素:与线圈的大小、形状、圈数以及是否有铁芯等因素有关单位:国际单位是亨利,简称亨,符号是H,常用的还有毫亨(mH)和微亨(
4、H),1H=103 mH=106 H若一个线圈中的电流在均匀增大,那么这个线圈的自感系数将如何变化?提示:不变,这是因为自感系数由线圈本身特征决定,不随电流而变。1 2 3 4 4.磁场的能量(1)自感现象中的磁场能量 线圈中电流从无到有时,磁场从无到有,电源的能量输送给磁场,储存在磁场中。线圈中电流减小时,磁场中的能量释放出来转化为电能。(2)电的“惯性”自感电动势有阻碍线圈中电流变化的惯性。1 2 3 4 1.自感现象问题的分析思路(1)明确通过自感线圈的电流的变化情况(增大还是减小)。(2)判断自感电动势方向,电流增加时(如通电),自感电动势方向与原电流方向相反,阻碍电流增加,电流逐渐增
5、大;电流减小时(如断电),自感电动势方向与原电流方向相同,阻碍电流减小,线圈中电流逐渐减小。(3)明确电路中与线圈串联的元件,元件中的电流大小与线圈中电流大小有相同的变化规律。1 2 3 4 2.线圈对变化电流的阻碍作用与对稳定电流的阻碍作用的区别(1)两种阻碍作用产生的原因不同 线圈对稳定电流的阻碍作用,是由绕制线圈的导线的电阻决定的,对稳定电流阻碍作用的产生原因是金属对定向运动电子的阻碍作用。线圈对变化电流的阻碍作用,是由线圈的自感现象引起的,当通过线圈中的电流变化时,穿过线圈的磁通量发生变化,产生自感电动势,阻碍线圈中电流的增大或减小。(2)两种阻碍作用产生的效果不同 线圈电阻决定了电流
6、所能达到的稳定值,对变化电流的阻碍作用决定了要达到稳定值所需的时间。(3)两种阻碍作用过程中能量转化的特点不同 导体对电流阻碍作用的结果是由电能转化成内能;线圈对变化电流阻碍作用的结果是实现电能和磁场能的相互转化。1 2 3 4 3.通、断电自感中灯泡亮度变化问题 项目 与线圈串联的灯泡 与线圈并联的灯泡 电路图 通电时 电流逐渐增大,灯泡逐渐变亮 通过灯泡的电流瞬时达到稳定值 断电时 电流逐渐减小灯泡逐渐变暗电流方向不变 电路中稳态电流为 I1、I2若 I2I1,灯泡逐渐变暗若 I2I1,灯泡闪亮后逐渐变暗两种情况灯泡电流方向均改变 1 2 3 4 温馨提示在处理通、断电自感中灯泡亮度变化问
7、题时,不能一味套用结论,要具体问题具体分析,关键要搞清电路的连接情况。例如,在如图所示电路中,L为自感系数较大的线圈,电路稳定后小灯泡正常发光,在断开电路的瞬间,通过线圈的电流从有到无,线圈将产生自感电动势,但由于线圈与灯泡不能构成闭合回路,因此灯泡不是慢慢熄灭,而是立即熄灭。1 2 3 4 4.自感现象的应用和防止(1)应用 如日光灯电路中的镇流器,无线电设备中和电容器一起组成的振荡电路等。需要利用自感现象时,可以适当地增大自感系数。(2)危害及防止 在自感系数很大而电流又很强的电路中,切断电路的瞬间,会因产生很高的自感电动势而产生电弧,从而危及工作人员和设备的安全,此时可用特制的安全开关。
8、制作精密电阻时,采用双线绕法可以抵消自感现象产生的效果。要防止自感现象的发生、减小因自感而造成的危害,可以阻断自感形成所必需的通路或设法减小自感系数。类型一 类型二 类型三 类型四 类型一通、断电自感中灯泡亮度的变化问题【例题1】如图所示,线圈的自感系数很大,直流电阻为零,电阻RRL,在开关S断开后,灯泡明暗情况如何变化?点拨:S断开前灯泡中的电流由电源提供,S断开后由于自感现象,线圈相当于电源对灯泡供电。类型一 类型二 类型三 类型四 解析:当S断开后,原来电源提供的电流I2立即消失,但自感线圈贮存的磁场能释放转化成电能通过小灯泡。通过自感线圈的电流I1由于自感的作用,在电路切断后是逐渐衰减
9、的,因而S断开后通过灯泡的电流由I1逐渐减小到零。因为RRL,所以I1I2,即小灯泡在熄灭前不会比原来更亮。答案:小灯泡逐渐变暗直至熄灭。题后反思判断小灯泡的明暗变化情况,也就是比较条件变化前后通过小灯泡中电流的变化情况。触类旁通例题1中若RI2。类型一 类型二 类型三 类型四 类型二对自感电动势的理解【例题2】如图所示,多匝线圈L的电阻和电池内阻不计,两个电阻的阻值都是R,开关S原来是断开的,电流 I0=2;合上开关 S 将一电阻短路,线圈有自感电动势产生,这一电动势()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I0 C.有阻碍电流增大的作用,因而电流
10、将保持I0不变 D.有阻碍电流增大的作用,但电流最后还是增大到2I0 类型一 类型二 类型三 类型四 点拨:当电路中有电感器时,若电路中的电流发生变化,电感器L的作用总是阻碍电流的变化。当电路稳定时,电感器L相当于一段导体。解析:开关S由断开到闭合,回路的电流要增大,因而在L上要产生自感电动势,根据楞次定律,自感电动势总是要阻碍引起它的电流的变化,这就是说由于电流增加引起自感电动势,因此要阻碍原电流的增加。但阻碍不是阻止,电流仍要增大,因而达到稳定后,其电流为2I0。选项D正确。答案:D 题后反思在自感现象中,自感电动势“阻碍”的是电流的变化,而不是“阻止”电流变化,是对电流变化的延缓,使其不
11、发生突变。类型一 类型二 类型三 类型四 类型三自感现象的防止和应用【例题3】在制作精密电阻时,为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象,采用双线并绕的方法,如图所示。其道理是()A.当电路中的电流变化时,两股导线产生的自感电动势相互抵消 B.当电路中的电流变化时,两股导线产生的感应电流相互抵消 C.当电路中的电流变化时,两股导线中原电流的磁通量相互抵消 D.以上说法都不对 点拨:自感现象的本质是电磁感应,要想消除使用过程中的自感现象,只要创造条件让它不满足电磁感应的产生条件即可。类型一 类型二 类型三 类型四 解析:由于采用双线并绕的方法,当电流通过时,两股导线中的电流方向是相反的,不
12、管电流怎样变化,任何时刻两股电流总是等大反向的,所产生的磁通量也是等大反向的,故总磁通量等于零,在该线圈中不会产生电磁感应现象,因此消除了自感,选项A、B错误,只有C正确。答案:C 题后反思只要我们掌握了自感现象的产生条件,就可以根据需要对自感现象进行应用或加以防止。类型一 类型二 类型三 类型四 类型四自感现象中的图象问题【例题4】如图所示的电路中,S闭合且稳定后流过电感线圈的电流是2 A,流过灯泡的电流是1 A。将S突然断开,S断开前后,能正确反映流过灯泡的电流i随时间t变化关系的图象是()类型一 类型二 类型三 类型四 点拨:解题时,先要搞清楚研究什么元件上的电流随时间的变化关系;其次要
13、根据线圈的自感电动势引起的感应电流的方向与原来电流的方向是相同还是相反、大小如何变化等因素来确定图象。解析:开关S断开前,通过灯泡D的电流是稳定的,其值为1 A。开关S断开瞬间,灯泡支路的电流立即减为零,但是自感线圈的支路由于自感现象会产生与线圈中原电流方向相同的感应电动势,使线圈中的电流从原来的2 A逐渐减小,方向不变,且同灯泡D构成回路,通过灯泡D的电流和线圈L中的电流相同,也应该是从2 A逐渐减小为零,但是方向与原来通过灯泡D的电流方向相反,选项D对。答案:D 题后反思自感现象中的电流问题,既要考虑到电流的大小,又要考虑到电流的方向。断电自感现象中流过自感线圈的电流是瞬时不变的,这里的“不变”包括电流的大小和方向。
