湖南省新田县第一中学高中物理 4.6互感和自感课件 新人教版选修32.ppt

互感和自感 第四章电磁感应 第6节 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 在另一个线圈中产生感应电流 说明产生了感应电动势 思考1 在图中接通 b线圈会不会产生感应电动势 为什么 开关s 一 互感现象 1 互感 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 利用互感现象可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈 因此在电工技术和电子技术中有广泛应用 变压器就是利用互感现象制成的 收音机里的磁性天线 i 问题情景 如图闭合开关瞬间 cd中会有感应电流吗 这是互感吗 3 互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间 而且可以发生于任何两个相互靠近的电路之间 在电力工程中和电子电路中 互感现象有时会影响电路的正常工作 要设法减小互感 s接通瞬间 线圈l本身中会不会产生感应电动势 思考2 二 自感现象 1 自感 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 自我感应 2 自感电动势 自感现象中产生的电动势叫自感电动势 用e表示 3 自感电动势作用 阻碍原线圈中的电流变化 导体电流增加时 阻碍电流增加 此时自感电动势方向与原电流方向相反 增反减同 4 自感电动势的方向 导体电流减小时 阻碍电流减小 此时自感电动势方向与原电流方向相同 现象 灯泡a2立刻正常发光 灯泡a1逐渐亮起来 分析 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 演示实验1 a1 a2是规格完全一样的灯泡 闭合电键s 调节变阻器r 使a1 a2亮度相同 再调节r1 使两灯正常发光 然后断开开关s 重新闭合s 观察到什么现象 线圈中出现的感应电动势只是阻碍了原电流的的变化 而非阻止 所以虽延缓了电流变化的进程 但最终电流仍然达到最大值 a1最终会正常发光 说明 电流分析 i2 i1 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 c a 分析 在电路断开的瞬间 通过线圈l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l中产生与原电流方向相同的感应电动势 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 现象 s断开时 a灯突然闪亮一下才熄灭 演示实验2 接通电路 待灯泡a正常发光 然后断开电路 观察到什么现象 电流分析 ia il 1 当il ia时 会闪一下 再逐渐熄灭 当il ia时 不会闪 逐渐熄灭 2 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 任何断电现象时都会闪亮一下吗 例 如图 l为一个纯电感线圈 直流电阻为零 a为一个灯泡 下列说法正确的是 a 开关s接通瞬间无电流通过灯泡b 开关s接通后 电路稳定时 无电流通过灯泡c 开关s断开瞬间无电流通过灯泡d 开关s接通瞬间及接通稳定后 灯泡有由a到b的电流 而在开关s断开瞬间 灯泡中有从b到a的电流 s 接通瞬间 接通稳定 断开 分析 接通瞬间 接通稳定 断开 分析 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 2 如图所示 线圈的直流电阻为10 灯泡电阻r 20 线圈的自感系数很大 电源的电动势6v 内阻不计 则在闭合s的瞬间 通过l的电流为a 通过灯的电流为a s闭合后电路中的电流稳定时断开s的瞬间 通过灯的电流为a 方向与原电流方向 灯泡 填会或不会 闪亮一下后熄灭 0 0 3 0 6 相反 会 思考3 自感电动势与什么因素有关 为了使灯泡闪亮效果更明显对线圈l应该有什么样的要求 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 l 自感系数 简称自感或电感 3 单位 亨利 简称 亨 符号 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 由于两根平行导线中的电流方向相反 它们的磁场可以互相抵消 从而可以使自感现象的影响减弱到可以忽略的程度 4 应用 在交流电路中 在各种用电设备和无线电技术中有着广泛的应用 1 双线绕法消除自感 日光灯结构 2 日光灯原理 镇流器的作用 是自感系数很大的带铁心的线圈 启动时 产生高电压 帮助点亮灯泡 正常工作时的线圈起降压限制电流作用 保护灯管 启动器的作用 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 瞬时开关 瞬时高压电源 正常工作时降压限流 1 家用日光灯电路如图 s为启动器 a为灯管 l为镇流器 关于日光灯的工作原理 下列说法正确的是 a 镇流器的作用是将交流电变为直流电b 在日光灯的启动阶段 镇流器能提供一个瞬时高压 使灯管开始工作c 日光灯正常发光时 启动器的两个触片是分离的d 日光灯发出柔和的白光是由汞原子受到激发后直接辐射的 2 下列说法正确的是 a 日光灯开始工作时 需要启动器b 日光灯开始工作时 不需要镇流器c 日光灯正常工作时 需要启动器d 日光灯正常工作时 不需要镇流器 5 自感系数很大有时会产生危害 6 防止 在切断自感系数很大 电流很强的电路的瞬间 产生很高的电动势 形成电弧 在这类电路中应采用特制的开关 思考4 为何通电时 与电感线圈相连的灯会延迟一会儿才达到最后的亮度 为何断电时 和电感线圈组成闭合电路的灯会闪亮一下后才熄灭 四 磁场的能量 1 通电自感 通电时 电能首先要转化为线圈磁场能 然后再转化为灯a1的电能 故灯a1过一会儿才亮 2 断电自感 断电前 线圈中有电流 则线圈中有磁场能 断电后 线圈存有的磁场能通过灯释放出来 使灯延迟熄灭 通电自感 有人借用力学中的术语 说线圈能够体现电的 惯性 1 关于自感现象 下列说法正确的是 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时 其自感系数一定较大c 对于同一线圈 当电流变化较快时 线圈中的自感系数较大d 对于同一线圈 当电流变化较快时 线圈中的自感电动势也较大 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 2 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原来断开 电路中电流 现将s闭合 于是电路中产生了自感电动势 此自感电动势的作用是 3 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