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互感和自感
第二章 电磁感应
人教版 选择性必修第二册
手机音频输出端输出的是什么样的电流？这样的电流在线圈A中产生了怎样的磁场？
手机音频输出端输出的是变化的电流，这样的电流在线圈A中产生了变化的磁场，会引起线圈B中磁通量的变化，进而产生感应电流，感应电流流过扩音器，发出了声音。
这是和电磁感应有关的现象，本节课我们来学习两种和电磁感应有关的现象，互感现象和自感现象。
互感现象
法拉第“磁生电”实验。
法拉第用过的线圈
当一个线圈中通入变化的电流时，在周围的线圈中会感应出电流。
1、互感现象：两个相互靠近的线圈，当一个线圈中的电流变化时，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的现象。
2、互感电动势：互感现象中产生的电动势叫作互感电动势。
一、互感现象
3、应用
互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈，变压器、无线充电技术都是利用了互感现象。
4、危害
互感现象能发生在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正常工作。
例、 如图甲所示，A、B 两绝缘金属环套在同一铁芯上，A 环中电流 iA 随时间 t 的变化规律如图乙所示，下列说法中正确的是(　 )
A．t1 时刻，两环作用力最大
B．t2 和 t3 时刻，两环相互吸引
C．t2 时刻两环相互吸引，t3 时刻两环相互排斥
D．t3 和 t4 时刻，两环相互吸引
B
思考：线圈中电流发生变化时，是否会在自身产生感应电动势呢？
当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在线圈本身激发出感应电动势，这种现象称为自感现象。
1、自感现象
当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场在线圈本身激发出感应电动势的现象。
2、自感电动势
由于自感而产生的感应电动势叫作自感电动势。
二、自感现象
观察：开关刚闭合时，两只灯泡的发光情况。
现象：与可调电阻连接的灯泡先亮，与线圈连接的灯泡后亮。
分析：由于线圈L自身的磁通量增加，产生了感应电动势，这个感应电动势要阻碍磁通量的变化，即阻碍线圈中电流的变化，故通过A1的电流不能立即增大，灯A1的亮度只能慢慢增加，最终与A2相同。
思考：为什么A2先亮，A1后亮呢？
观察：开关断开时，灯泡的发光情况。
现象：灯泡延迟熄灭，熄灭前闪亮了一下（比原来更亮）。
分析：由于线圈L自身的磁通量减小，产生了感应电动势，这个感应电动势要阻碍磁通量的减小，即阻碍线圈中电流的减小，故通过线圈L的电流不会立即变为0，而是逐渐减为0，此时电源已停止工作，但线圈和灯泡形成回路，线圈中的电流也会流过灯泡，故灯泡会延迟熄灭。
思考：灯泡为什么会延迟熄灭？
思考：（1）开关断开前后，流过灯泡的电流方向相同吗？
（2）在断开过程中，有时灯泡闪亮一下再熄灭，有时灯泡只会缓慢变暗直至熄灭，请分析上述两种现象的原因是什么？
（1）：线圈中电流逐渐减小，倒流过灯泡，所以，开关断开后流过灯泡的电流方向和开关断开前相反。
（2）：线圈中产生的自感电动势，只是延缓了线圈中电流的减小，线圈中电流会从开关断开前的数值逐渐减小到零。
如果开关断开前，流过线圈的电流比流过灯泡的大，那么，在开关断开瞬间，就会造成倒流过灯泡的电流比断开开关前流过灯泡的大，灯泡就会闪亮一下再熄灭。
如果开关断开前，流过线圈的电流不比流过灯泡的大，那么，在开关断开瞬间，倒流过灯泡的电流就不会比断开开关前流过灯泡的大，灯泡只会缓慢变暗直至熄灭。
（1）通电自感
3、两类自感现象
①通电瞬间：与可调电阻连接的灯泡先亮，与线圈连接的灯泡后亮（发光延迟）。
②通电一段时间后：
若 ,则两个灯泡亮度相同。
若 ,则A1更亮。
原因：线圈L产生了自感电动势，这个自感电动势要阻碍线圈中电流的增加，故通过A1的电流不能立即增大，灯A1的亮度只能慢慢增加。
注意：电路稳定后，线圈L只相当于一个电阻（或导线）
（2）断电自感
3、两类自感现象
①断电瞬间：灯泡延迟熄灭，熄灭前可能会闪亮一下（比原来更亮）。
②灯泡熄灭情况
若 ,则灯泡逐渐变暗直至熄灭。
若 ,则灯泡会闪亮一下。
原因：线圈L自身产生了自感电动势，这个感应电动势要阻碍线圈中电流的减小，故线圈L的电流不会立即变为0，而是从原来的值逐渐减为0，此时线圈和灯泡形成回路，线圈中的电流倒流过灯泡，故灯泡会延迟熄灭。
想一想：若线圈的电阻很小，在闭合开关瞬间会发生什么现象呢？
通电自感
断电自感
例、某同学利用如图所示电路研究自感现象。电源的电动势为E，内阻不计，电感线圈L的电阻不计。在t=0时刻闭合开关S，电路稳定后，在t=t1时刻断开S，发现灯泡L闪亮一下后逐渐熄灭。若取由A到B的电流方向为电流的正方向，则下列图中表示通过灯泡D的电流随时间t变化的图像中正确的是（　　）
A.
B.
C.
D.
A
1、自感电动势的大小
自感系数
三、自感系数
三、自感系数
（2）决定因素
线圈的圈数
是否有铁芯
线圈的大小
线圈的形状
（1）物理意义:
2、自感系数
描述线圈产生自感电动势本领大小的物理量
亨利（H）
（3）单位：
变压器、电动机等器材都有很大的线圈，当电路中的开关断开时，会产生很大的自感电动势，使得开关的金属片之间产生电火花，烧蚀接触点，甚至引起人身伤害。
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。
油浸开关
自感现象的防止
有些直流电路中含有自感系数很大的线圈，当电路中的开关由闭合到断开时，线圈会产生很高的自感电动势，操作不当，会被强烈电击，危及人身安全。
自感现象的防止
双绕线法消除自感
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。
思考：在断电自感实验中，开关断开后，灯泡的发光还能维持一小段时间，有时甚至会比开关断开之前更亮。这时灯泡的能量是从哪里来的？
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，线圈的作用相当于电源，把磁场中的能量转化成电能。
1、 自感现象中的磁场能量
（1）线圈中电流从无到有时：磁场从无到有，电源的能量储存在磁场中。
（2）线圈中电流减小时：磁场逐渐减弱，磁场中的能量释放出来转化为电能。
2、 电的“惯性”
理解∶ 当线圈刚刚接通电源时，自感电动势阻碍线圈中电流的增加; 当电源断开时，自感电动势又阻碍线圈中电流的减小。线圈的自感系数越大，这个现象越明显，线圈能够体现电的"惯性"。
自感电动势有阻碍线圈中电流变化的性质。
四、磁场的能量
课堂练习1、 如图所示甲、乙中，自感线圈L的电阻很小，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，下列说法正确的是( )
　　A．在电路甲中，断开S，A将立即熄灭
　　B．在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后逐渐变暗
　　C．在电路乙中，断开S，A将逐渐变暗
　　D．在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
D
课堂练习2、如图所示电路中，A、B是两个完全相同的灯泡，L是—个理想电感线圈，下列说法正确的是(　　)
A．S闭合时，A立即亮，然后逐渐熄灭
B．S闭合时，B立即亮，然后逐渐熄灭
C．S闭合足够长时间后，B发光，而A不发光
D．S闭合足够长时间后，B熄灭，而A发光
AC

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