6景泰二中自感和互感

自感和互感 景泰二中高二物理备课组肖涛 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 在另一个线圈中就会产生感应电动势 一 互感现象 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 互感现象中产生的感应电动势 称为互感电动势 2 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 3 利用互感现象 可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈 因此 互感现象在电工技术和电子技术中有广泛的应用 互感的应用和防止 应用 变压器 收音机的 磁性天线 就是利用互感现象制成的 利用互感现象把广播电台的信号从一个线圈传送到另一个线圈 防止 在电力工程和电子电路中 互感现象有时会影响电路正常工作 实验探究一 如图所示电路 先闭合开关S调节变阻器R 使同样规格的两个灯泡A1和A2的明亮程度相同 再调节变阻器R1使两个灯都正常发光 然后断开开关S 注意观察 重新闭合开关S的瞬间 两个灯泡会有什么现象呢 现象 重新接通电路的瞬间 和滑动变阻器串联的灯泡A2立刻正常发光 和线圈L串联的灯泡A1逐渐亮起来 二 自感现象 解释 在接通电路的瞬间 电路中的电流增大 穿过线圈L的磁通量也随着增大 因而线圈中必然会产生感应电动势 这个感应电动势阻碍线圈中电流的增大 所以通过A1的电流只能逐渐增大 灯泡A1只能逐渐亮起来 问题 与线圈相连的灯泡为什么要过一会才亮 实验探究二 如图所示电路 闭合开关S 灯泡正常发光 注意观察 断开开关S瞬间 灯泡会有什么现象呢 现象 断开电路的瞬间 灯泡会亮一下才逐渐熄灭 用电路图分析实验二 解释 在电路断开的瞬间 通过线圈的电流突然减弱 穿过线圈的磁通量也就很快减少 因而在线圈中产生感应电动势 虽然这时电源已经断开 但线圈L和灯泡A组成了闭合电路 在这个电路中有感应电流通过 所以灯泡不会立即熄灭 讨论 在如图所示的电路中 当开关S断开瞬间 灯泡A会闪亮一下的条件是什么 若RA RL 有IA IL 在断开开关的瞬间 通过灯泡的电流会瞬时增大 灯泡会闪亮一下才熄灭 若RA RL 有IA IL 断开开关后 通过灯泡的电流不会瞬时增大 灯泡不会闪亮 自感现象 1 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 有通电自感和断电自感两种 2 自感现象中产生的电动势叫自感电动势 自感电动势的作用 阻碍导体中原来电流的变化 注意 阻碍 不是 阻止 电流原来怎么变化还是怎么变 只是变化变慢了 即对电流的变化起延迟作用 自感电动势 或自感电流 总是阻碍原电流的变化 增反减同 原电流增大时 感应电流与之反向原电流减小时 感应电流与之同向 自感现象是一种特殊的电磁感应现象 同样遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律 3 自感系数L 1 物理意义 描述线圈产生自感电动势本领大小的物理量 2 决定因素 线圈的横截面积S 粗则大 线圈的长度L 长则大 单位长度的匝数N 有无铁芯 密则大 铁则大 3 单位 亨 利 4 应用和防止 1 应用 日光灯 工作原理 开关S闭合后 由于灯管中没有电流通过 电源将220V电压全部加在启动器的两极间 使启动器内氖气放电而发出辉光 辉光产生的热量使U型动触片受热膨胀 与静触片接触而使电路接通 电路接通后氖气停止放电 U型动触片冷却收缩 使电路自动断开 在这一瞬间通过镇流器的电流急剧减小 此时 镇流器由于自感现象会产生一个与原电流方向同向的自感电动势 这个自感电动势与电源电压加在一起 形成一个瞬时高压 加在灯管两端 使灯管中气体开始放电 使日光灯管成为电路的通路开始发光 日光灯正常工作时 要求加在灯管两端的电压小于电源电压 只需要110V左右 由于日光灯使用的是交变电流 电流大小 方向不断变化 使镇流器线圈中产生自感电动势 总是阻碍交变电流的变化 这时镇流器又起着降压限流的作用 2 防止 变压器和电动机 变压器 电动机等设备中有匝数很多的线圈 当电路中的开关断开时会产生很大的自感电动势 使得开关中的金属片之间产生电火花 烧蚀接触点 甚至引起人身伤害 因此 电动机等大功率用电器的开关应该装在金属盒内 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 6 自感现象中的能量问题 电场能磁场能 磁场能电场能 楞次定律的另外一种表述 感应电流的效果总要反抗产生感应电流的原因 一般用于定性判明感应电流所引起的机械效果 常见的具体情况有四种 1 就磁通量而言 总是阻碍原磁通量的变化 增反减同 2 就相对运动而言 总是阻碍导体间的相对运动 来斥去吸 3 就闭合导体回路的面积而言 通过改变线圈面积来 反抗 増缩减扩 4 就自感现象而言 总是阻碍原电流的变化 增反减同 A 例题1 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 当断开开关S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 例题选讲 例题2 如图 电阻R和自感线圈L的电阻值相等 接通S 使电路达到稳定状态 灯泡D发光 则 在电路 a 中 断开S D将渐变暗 在电路 a 中 断开S D将先变得更亮 然后渐渐变暗 在电路 b 中 断开S D将渐变暗 在电路 b 中 断开S D将先变得更亮 然后渐渐变暗A B C D D 例题3 如图所示的电路中 A1和A2是完全相同的灯泡 线圈L的电阻可以忽略 下列说法中正确的是 A 合上开关S接通电路时 A2先亮 A1后亮 最后一样亮B 合上开关S接通电路时 A1和A2始终一样亮C 断开开关S切断电路时 A2立刻熄灭 A1过 会儿熄灭D 断开开关S切断电路时 A1和A2都要过一会儿才熄灭 AD 例题4 如图所示的电路中 L为电阻很小的线圈 G1和G2为零点在表盘中央的相同的电流表 当开关S闭合时 电流表G1指针偏向右方 那么当开关S断开时 将出现的现象是 A G1和G2指针都立刻回到零点B G1指针立刻回到零点 而G2指针缓慢地回到零点C G1指针立刻回到零点 而G2指针先立即偏向左方 然后缓慢地回到零点D G1指针先立即偏向左方 然后缓慢地回到零点 而G2指针缓慢地回到零点 D 例题5 如图所示的电路 开关原先闭合 电路处于稳定状态 在某一时刻突然断开开关S 则通过电阻R1中的电流I1随时间变化的图线可能是图中的 D 例题6 两个电阻均为R 线圈L的电阻及电池内阻均可忽略 S原来断开 电路中电流 现将S闭合 于是电路中产生自感电动势 此自感电动势的作用是 A使电路的电流减小 最后由I0减到零B有阻碍电流增大的作用 最后电流小于I0C有阻碍电流增大的作用 因而电流总保持不变D有阻碍电流增大的作用 但电流还是增大 最后变为2I0 D 例题7 如图所示的电路中 D1和D2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D1和D2亮暗的顺序是 A 接通时D1先达最亮 断开时D1后灭B 接通时D2先达最亮 断开时D2后灭C 接通时D1先达最亮 断开时D2后灭D 接通时D2先达最亮 断开时D1后灭 A 例题8 如图 日光灯电路主要由镇流器启动器和灯管组成 在日光灯正常工作的情况下 A 镇流器给日光灯的开始点燃提供瞬时高压B 灯管正常发光时 镇流器起降压限流的作用C 灯管正常发光情况下 启动器内的两个触片是分离的D 日光灯点燃瞬间 灯管两端电压大于220V ABCD 例题9 如图所示的四个日光灯的接线图中 S1为启动器 S2为开关 L为镇流器 能使日光灯正常发光的是 AC S2 例题10 如图所示 两圆环A B置于同一水平面上 其中A为均匀带电绝缘环 B为导体环 当A以如图所示的方向 绕中心转动的角速度发生变化时 B中产生如图所示方向的感应电流 则 A A可能带正电且转速减小B A