4.6 自感和互感

第四章电磁感应 4 6互感和自感 新课标高中物理选修3 2 法拉第和他的实验线圈 一 互感现象 在法拉第的实验中 两个线圈之间并没有导线相连 但当一个线圈中的电流发生变化时 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 这种现象叫做互感 这种感应电动势叫做互感电动势 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的应用 如 变压器 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 一 互感现象 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 2 自感现象中产生的电动势叫自感电动势 二 自感现象 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 灯泡A2立刻正常发光 跟线圈L串联的灯泡A1逐渐亮起来 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 现象 分析 在断开开关S瞬间 灯更亮一下 灯A过一段时间才熄灭 开关断开瞬间 由于通过L的磁通量减少 产生的感应电动势阻碍磁通量的减少 感应电流沿着L A流动 所以灯A会过一段时间才熄灭 1 电源断开时 通过L的电流会减小 这时会出现感应电动势 感应电动势的作用是使L中的电流减小得更快些还是更慢些 2 产生感应电动势的线圈可以看做是一个电源 它能向外供电 由于开关已断开 线圈提供的感应电流将沿着什么途径流动 3 开关断开后通过灯泡的感应电流与原来通过它的电流方向是否一致 思考与讨论 更慢 L A L逆时针 相反 5 在如图所示的电路中 当开关S断开瞬间 灯泡A是否会更亮一下 更亮一下的条件是什么 设A L两端电压为U 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 灯泡会更亮一下 若RA RL 有IA IL 断开开关后 通过灯泡的电流减小 灯泡不会更亮一下 4 开关断开时由于自感现象的影响 通过线圈的电流是否会突变 不会 3 自感电动势的作用 阻碍导体中原来电流的变化 导体中原电流增大时 自感电动势阻碍它增大 导体中原电流减小时 自感电动势阻碍它减小 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 二 自感现象 自感现象只有在通过电路的电流发生变化时才会产生 在判断电路性质时 一般分析方法是 当流过线圈L的电流突然增大瞬间 我们可以把L看成一个阻值很大的电阻 当流经线圈L的电流突然减小瞬间 我们可以把L看作一个电源 它提供一个跟原电流同向的电流 线圈电流发生不突变 4 自感现象问题的分析方法 增反减同 二 自感现象 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 1 2 3 线圈长度越长 线圈越大 匝数越多 插入铁芯 它的自感系数越大 三 自感系数 给线圈中加入铁芯 自感系数比没有铁芯大得多 2 单位 亨利 简称亨 符号 H其他单位 毫亨 mH 微亨 H 三 自感系数 电感与电阻的比较 1 电阻R对电流有阻碍作用 电感L对电流的变化有阻碍作用 2 电阻越大 对电流的阻碍作用越大 产生的电势差越大 电感越大 对电流的变化阻碍作用越大 产生的自感电动势越大 3 R与L的决定因素不同 4 线圈对稳定电流的阻碍与对变化电流的阻碍产生的效果不同 线圈的电阻R决定电流的稳定值为E R 而L越大 电流由零增大到稳定值的时间越长 通电自感 能量由电路转移到了线圈 断电自感 能量由线圈中转移到了电路里 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 1 互感的应用和防止应用 变压器 收音机的 磁性天线 防止 电路板中防止相互干扰 应用与防护 收音机里的 磁性天线 利用互感将广播信号从一个线圈传送给另一线圈 电路板中防止相互干扰 磁通量恒 0 双绕线法 2 自感的应用和防止应用 日光灯防止 变压器 电动机 电弧放电烧坏开关危及生命 课堂训练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 A2A1 课堂训练3 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 课堂训练4 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