4.6互感和自感(刘玉兵)

4 6互感和自感 教学目标 1 知道什么是互感现象和自感现象 2 知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量 知道它的单位及其大小的决定因素 3 知道自感现象的利与弊及对它们的利用和防止 4 能够通过电磁感应部分知识分析通电 断电自感现象的原因及磁场的能量转化问题 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 1 互感现象 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互感电动势 互感现象中产生的感应电动势2 互感中的能量 利用互感现象 可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈3 互感的应用 变压器收音机的磁性天线 一 互感现象 收音机的接收信号 互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间 且可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 灯泡A1立刻正常发光跟线圈L串联的灯泡A2逐渐亮起来 最终一样亮 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 现象 分析 演示实验 阻碍原电流的增大 闭合开关时 断开开关时 阻碍原电流的减小 A1 A2逐渐熄灭 反馈训练1 实验中 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 ABCD C A 反馈训练2 在右图实验中 若线圈L的电阻RL远小于灯泡A的电阻RA 则电键断开前后通过灯泡的电流随时间的变化图像为图 ABCD D 2 自感电动势 自感现象中产生的电动势自感电动势的作用 阻碍导体中原来的电流变化 二 自感现象 1 自感现象 由于线圈本身的电流发生变化而产生感应电动势的现象 慢一些 沿已有的闭合回路流动 不一致 线圈插铁芯 三 自感系数 1 自感电动势的大小 与电流的变化率成正比 2 自感系数L 简称自感或电感 1 决定线圈自感系数的因素 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 H 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 3 自感物理意义 描述线圈产生自感电动势的能力 插入铁芯线圈的自感系数变大 讨论 小灯泡在熄灭之前是否要闪亮一下 注意 1 不能认为任何断电现象灯都会闪一下当IL IA时 会闪一下 再逐渐熄灭当IL IA或IL IA时 不会闪 逐渐熄灭 2 断电实验中 线圈的电流方向不变 而灯电流方向与原来方向相反 3 原来的IL和IA哪一个大 要由L的直流电阻RL与A的电阻RA的大小来决定 如果RL RA 则IL IA 如果RLIA 2 自感电动势的作用 延缓电流变化 阻碍导体中原来电流的变化 a 导体中原电流增大时 自感电动势阻碍它增大 b 导体中原电流减小时 自感电动势阻碍它减小 阻碍 不是 阻止 电流还是变化的 自感电动势的方向 楞次定律 增反减同 3 自感电动势的大小 自感电动势的大小跟其它感应电动势的大小一样 跟穿过线圈的磁通量的变化快慢有关 而在自感现象中 穿过线圈的磁通量是由电流引起的 故自感电动势的大小跟导体中电流变化的快慢有关 自感系数很大有时会产生危害 因此 电动机等大功率用电器的开关应该装在金属壳中 最好使用油浸开关 即把开关的接触点浸在绝缘油中 避免出现电火花 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 日光灯的构造 五 自感现象应用 日光灯原理 日光灯管 1 灯丝的作用 2 灯管内充的汞蒸汽的作用 给气体加热 并给气体加上高电压 在高压下导电发出紫外线 3 灯管内壁涂的荧光粉的作用 受到紫外线照射可发出可见光 五 自感现象应用 日光灯原理 镇流器 是自感系数很大的带铁芯的线圈 作用 启动时 产生瞬时高电压 达上千伏 帮助点燃 正常工作时的感抗降压限流 40W的灯管为100伏 保护灯管 五 自感现象应用 日光灯原理 启动器 作用 自动开关 可用普通开关或短绝缘导线代替 正常工作时不起作用 可以去掉 受热易膨胀 防止动 静片分离时产生火花 烧毁触点 若自感电压过高 电容将击穿 不能实现断电自感 五 自感现象应用 日光灯原理 日光灯的工作原理 1 日光灯的点燃过程 闭合开关 电压加在启动器两极间 氖气放电发出辉光 产生的热量使U型动触片膨胀伸长 跟静触片接触使电路接通 灯丝和镇流器中有电流通过 电路接通后 启动器中的氖气停止放电 U型片冷却收缩 两个触片分离 电路自动断开 在电路突然断开的瞬间 由于镇流器电流急剧减小 会产生很高的自感电动势 方向与电源电动势方向相同 这个自感电动势与电源电压加在一起 形成一个瞬时高压 加在灯管中的气体开始放电 于是日光灯成为电流的通路开始发光 五 自感现象应用 日光灯原理 2 日光灯正常发光 日光灯开始发光后 由于交变电流通过镇流器线圈 线圈中会产生自感电动势 它总是阻碍电流变化的 这时的镇流器起着降压限流的作用 保证日光灯正常发光 日光灯的工作原理 五 自感现象应用 日光灯原理 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 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 A2 A1 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 A 课堂训练 3 关于自感现象 正确的说法是 A 感应电流一定和原电流方向相反 B 线圈中产生的自感电动势较大的其自感系数一定较大 C 对于同一线圈 当电流变化越大时 线圈中产生的自感电动势也越大 D 自感电动势总是阻碍原来电流变化的 D 课堂训练 4 如图示电路 合上S时 发现电流表A1向左偏 则当断开S的瞬间 电流表A1 A2指针的偏转情况是 A A1向左 A2向右B A1向右 A2向左C A1 A2都向右D A1 A2都向左 B 课堂训练 5 同上题的电路中 L是一带铁芯的线圈 R为电阻 两条支路的直流电阻相等 那么在接通和断开电键的瞬间 两电流表的读数I1 I2的大小关系是 A 接通时I1I2 B 接通时I2I2 断开时I1 I2 D 接通时I1 I2 断开时I1 I2 B 课堂训练 6 如图所示的电路中 L1和L2是两个相同的小灯泡 L是一个自感系数相当大的线圈 其阻值与R相同 在电键接通和断开时 灯泡L1和L2亮暗的顺序是 A 接通时L1先达最亮 断开时L1后灭B 接通时L2先达最亮 断开时L2后灭C 接通时L1先达最亮 断开时L2后灭D 接通时L2先达最亮 断开时L1后灭 A 课堂训练 使电路的电流减小 最后减小为零有阻碍电流增大的作用 最后电流小于有阻碍电流增大的作用 因而电流总保持不变有阻碍电流增大的作用 但电流最后还是变为 7 如图所示 两个电阻均为R 电感线圈L的电阻及电池内阻均可忽略不计 S原来