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(cè)

第二章

兩個(gè)線圈A、B之間并沒有導(dǎo)線相連線，圈A與手機(jī)(或MP3等)的音頻輸出端連接，線圈B與擴(kuò)音器的輸入端連接，把線圈A插入線圈B時(shí)就能在擴(kuò)音器上聽見由手機(jī)輸出的聲音，這是為什么?新課引入ABAB①什么是音頻信號(hào)？②為什么能在擴(kuò)音器上聽見由手機(jī)輸出的聲音？①音頻信號(hào)：頻率變化的電流信號(hào)②A線圈中變化的電流（音頻信號(hào)）—→變化的磁場(chǎng)—→B線圈磁通量變化—→產(chǎn)生感應(yīng)電流。如圖所示是法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)原理圖之一。對(duì)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(chǎng)在線圈B中激發(fā)出了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)對(duì)稱性思想，線圈B中感應(yīng)電流的變化，同時(shí)也會(huì)在線圈A中產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這種現(xiàn)象稱為互感，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱為互感電動(dòng)勢(shì)?；ジ鞋F(xiàn)象

如圖所示的無線通信演示實(shí)驗(yàn)中，打開收音機(jī)開關(guān)時(shí)，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(guān)閉收音機(jī)，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(gè)線圈中變化的信號(hào)傳遞到另外一個(gè)線圈．在如圖所示的無線通信演示實(shí)驗(yàn)中，打開收音機(jī)開關(guān)時(shí)，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(guān)閉收音機(jī)，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(jī)的音樂電信號(hào)傳遞給喇叭。新課講授城鄉(xiāng)變壓器收音機(jī)里的磁性天線

無線充電器

應(yīng)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(yīng)現(xiàn)象稱為自感。

實(shí)驗(yàn)1：探究通電時(shí)的自感現(xiàn)象。解釋現(xiàn)象產(chǎn)生的原因?，F(xiàn)象：開關(guān)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(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，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(yīng)現(xiàn)象稱為自感。自感現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)2：探究斷電時(shí)的自感現(xiàn)象?！舅伎紗栴}】（1）如圖（a），電源斷開時(shí)，通過線圈L的電流減小，這時(shí)會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)的線圈可以看作一個(gè)電源，它能向外供電。由于開關(guān)已經(jīng)斷開，線圈提供的感應(yīng)電流將沿什么路徑流動(dòng)？（3）開關(guān)斷開后，通過燈泡的感應(yīng)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(shí)針方向相反（a）（4）開關(guān)斷開后，通過燈泡的感應(yīng)電流是否有可能比原來的電流更大？為了使實(shí)驗(yàn)的效果更明顯，對(duì)線圈L應(yīng)該有什么要求？（5）斷開開關(guān)時(shí)，電路中的能量轉(zhuǎn)化情況是怎樣的？線圈的直流電阻比燈泡小線圈儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能實(shí)驗(yàn)2：探究斷電時(shí)的自感現(xiàn)象。（a）實(shí)驗(yàn)2：探究斷電時(shí)的自感現(xiàn)象。（6）從理論上分析，實(shí)驗(yàn)電路（a）和實(shí)驗(yàn)電路（b）中的開關(guān)斷開時(shí)，各會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？（7）根據(jù)理論分析的結(jié)果，哪個(gè)實(shí)驗(yàn)方案相對(duì)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(shí)驗(yàn)2：探究斷電時(shí)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(yīng)現(xiàn)象稱為自感。

總結(jié)：

（1）當(dāng)原電流增大時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流的增大起到“阻礙”作用；

（2）當(dāng)原電流減小時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)對(duì)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(chǎng)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(yīng)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(dāng)原電流增大時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)與原電流方向相反；當(dāng)原電流減小時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)與原電流方向相同。

2、自感電動(dòng)勢(shì)：在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。自感現(xiàn)象

自感電動(dòng)勢(shì)遵循法拉第電磁感應(yīng)定律：

線圈中變化的電流所激發(fā)的磁感應(yīng)強(qiáng)度

與電流的變化率成正比：

自感電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)本領(lǐng)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(dǎo)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(yīng)用：在交流電路中、在各種用電設(shè)備和無線電技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)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(qiáng)的電路的瞬間，產(chǎn)生很高的電動(dòng)勢(shì)，形成電弧，在這類電路中應(yīng)采用特制的開關(guān)。（1）安全開關(guān)問題電弧放電，燒壞開關(guān)，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(qǐng)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(dòng)機(jī)點(diǎn)火器、煤氣灶電子點(diǎn)火器生活、生產(chǎn)中的自感現(xiàn)象

問題2：請(qǐng)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(huì)產(chǎn)生危害，生產(chǎn)中的大型電動(dòng)機(jī)一般都有自感系數(shù)很大的線圈．當(dāng)電路中開關(guān)斷開時(shí)，線圈會(huì)產(chǎn)生很大的自感電動(dòng)勢(shì)，使開關(guān)的閘刀和固定夾片之間的空氣電離而變成導(dǎo)體，形成電弧．這不僅會(huì)燒壞開關(guān)，甚至還會(huì)危害到操作人員的安全．因此，切斷這種電路時(shí)必須采用特制的安全開關(guān)．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(dǎo)致車頂上的車弓在某個(gè)瞬間會(huì)脫離電網(wǎng)線出現(xiàn)瞬間斷電，此時(shí)電車內(nèi)部的線圈會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大的自感電動(dòng)勢(shì)，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(shí)，有時(shí)會(huì)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(yīng)當(dāng)怎樣注意用電安全？1.拔下插頭或插入插頭時(shí)，對(duì)應(yīng)斷電或通電瞬間，會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)火花的原因主要在于：一方面會(huì)因?yàn)殡娐分挟a(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(shí)，兩導(dǎo)體相互逐漸靠近和離開，兩導(dǎo)體間距離很小時(shí)，空氣被擊穿。日常生活中，對(duì)此問題，我們建議在開啟用電設(shè)備前，先將插頭插入，然后再開啟插座或接線板的開關(guān)，因?yàn)楹细竦拈_關(guān)開合時(shí)間短、觸點(diǎn)有鍍銀等消弧措施，對(duì)人身安全和設(shè)備安全均有利。2.電子設(shè)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(duì)折后繞制成線圈，如圖2-4-8所示．為什么這種結(jié)構(gòu)的電阻會(huì)沒有電感？2.采用雙向并繞的方式后，并繞的兩個(gè)線圈電流方向恰好相反，在發(fā)生自感時(shí)，兩線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小相等，方向相反，即產(chǎn)生的電感量相互抵消，整個(gè)繞線電阻就能對(duì)外呈現(xiàn)無感即沒有電感的特點(diǎn)。將實(shí)驗(yàn)1中的兩個(gè)燈泡換成兩個(gè)電流傳感器，可以得到兩條對(duì)應(yīng)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(qǐng)實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)并判斷：這兩條曲線分別對(duì)應(yīng)了哪條支路？為什么？

第一條曲線對(duì)應(yīng)的是實(shí)驗(yàn)1中電感所在的支路；第二條曲線對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)1中的另一條支路．實(shí)驗(yàn)1中，閉合開關(guān)時(shí)，燈泡L2所在的支路在開關(guān)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(guān)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)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(gè)極短時(shí)間。但阻礙不能阻止，當(dāng)電路中電流趨于穩(wěn)定時(shí)，電感中電流變化率小，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)小，燈泡中電流增大，穩(wěn)定時(shí)，燈泡L1中流過的電流與燈泡L2中電流相等．課堂小結(jié)1.當(dāng)一個(gè)線圈中電流變化，在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，稱為互感?；ジ鞋F(xiàn)象產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，稱為互感電動(dòng)勢(shì)。2.由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，叫自感現(xiàn)象。3.自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫自感電動(dòng)勢(shì)。（1）自感電動(dòng)勢(shì)的作用：阻礙導(dǎo)體中原來的電流變化。（2）自感電動(dòng)勢(shì)大小：4.自感系數(shù)L：與線圈的大小、形狀、圈數(shù)及有無鐵心有關(guān)。練習(xí)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(jì)，Ｌ１和Ｌ２是兩個(gè)完全相同的小燈泡．（１）當(dāng)閉合開關(guān)Ｓ時(shí)，Ｌ１和Ｌ２兩個(gè)燈泡的亮度將如何變化？（２）當(dāng)斷開開關(guān)Ｓ時(shí)，Ｌ１和Ｌ２兩個(gè)燈泡的亮度又將如何變化？解：（1)開關(guān)S閉合瞬間，但由于線圈的電流增加、導(dǎo)致線圈中出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(dāng)于斷路，兩燈泡串聯(lián)，所以兩燈同時(shí)亮；（2)開關(guān)S閉合斷開，L2立即熄滅，但由于線圈的電流減小，導(dǎo)致線圈中出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)從而阻礙電流的減小，電路中將穩(wěn)持短暫時(shí)間的電流，從L,流過，所以L,亮一下再慢慢熄滅。２．某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路來測(cè)定自感系數(shù)很大的線圈Ｌ的電阻．（１）請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路，說明該實(shí)驗(yàn)測(cè)定線圈Ｌ電阻的原理．（２）測(cè)量完畢后，該同學(xué)想先斷開開關(guān)Ｓ２，此時(shí)，他的同學(xué)趕緊制止，并告訴他，若其斷開開關(guān)Ｓ２將會(huì)燒壞電壓表．這種說法正確嗎？如何正確拆解這個(gè)電路？練習(xí)（2)正確．先斷開開關(guān)S,,再斷開開關(guān)S2;然后拆除電源兩極的導(dǎo)線以及其他導(dǎo)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(xí)３．在實(shí)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(dāng)電路中的開關(guān)Ｓ由閉合到斷開時(shí)，線圈會(huì)產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢(shì)，使開關(guān)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(xué)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(shè)計(jì)方案嗎？解：由題意可知、當(dāng)斷開瞬間時(shí)，線圈中產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢(shì)，若不并