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第四节 互感和自感
粤教版（2019）高中物理选择性必修第二册
第二章 电磁感应
互感现象
互感现象应用
自感现象
自感现象应用
日光灯原理
×
×
√
？
互感（互相有感觉）：
互感现象
互感现象应用
自感现象
自感现象应用
日光灯原理
互感（互相有感觉）：
两个不相连的电路，当其中一个线圈中的电流发生变化时，在临近的另一线圈中产生ε感和I感。
互感电动势：互感中产生的电动势。
新课讲授
城乡变压器
收音机里的磁性天线
无线充电器
应用：传递能量和传递信息
互感现象
互感现象应用
自感现象
自感现象应用
日光灯原理
互感现象
互感现象应用
自感现象
自感现象应用
日光灯原理
如图所示的无线通信演示实验中，打开收音机开关时，线圈和线圈之间有一定的距离，喇叭却能发生音乐声响。关闭收音机，喇叭则不发生。
利用互感现象，我们可以将一个线圈中变化的信号传递到另外一个线圈． 在如图所示的无线通信演示实验中，打开收音机开关时，线圈L1和线圈L2之间有一定的距离，喇叭却能发出音乐声响。关闭收音机，喇叭则不发声． 可见喇叭发出的声音是通过线圈L1和L2的互感作用，将收音机的音乐电信号传递给喇叭。
手机无线充电
互感现象
互感现象应用
自感现象
自感现象应用
日光灯原理
互感现象
互感现象应用
自感现象
自感现象应用
日光灯原理
1、概念：由于线圈本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象称为自感。
实验1：探究通电时的自感现象。
开关S闭合，灯泡L2立刻正常发光，L1逐渐发光。
线圈发生电磁感应现象，产生感应电动势，阻碍L1发光。
现象：
原因：
S
A
B
R
IA
B原
B感
E
IA
IB
电源
1、概念：由于线圈本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象称为自感。
互感现象
互感现象应用
自感现象
自感现象应用
日光灯原理
实验2：探究断电时的自感现象。
【思考问题】（1）如图（a），电源断开时，通过线圈 L 的电流减小，这时会出现感应电动势。感应电动势的作用是使线圈 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作一个电源，它能向外供电。由于开关已经断开，线圈提供的感应电流将沿什么路径流动？
（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？
更慢些
线圈与灯泡组成新的回路，电流沿逆时针方向
相反
（a）
互感现象
互感现象应用
自感现象
自感现象应用
日光灯原理
实验2：探究断电时的自感现象。
（a）
互感现象
互感现象应用
自感现象
自感现象应用
日光灯原理
（4）开关断开后，通过灯泡的感应电流是否有可能比原来的电流更大？为了使实验的效果更明显，对线圈 L 应该有什么要求？
（5）断开开关时，电路中的能量转化情况是怎样的？
线圈的直流电阻比灯泡小
线圈储存的磁场能转化为电能
互感现象
互感现象应用
自感现象
自感现象应用
日光灯原理
实验2：探究断电时的自感现象。
AC
1、(多选)图中两个电路是研究自感现象的电路，对实验结果的描述正确的是(　　)
C
互感现象
互感现象应用
自感现象
自感现象应用
日光灯原理
1、自感：由于线圈本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。
总结：
（1）当原电流增大时，自感电动势对电流的增大起到“阻碍”作用；
（2）当原电流减小时，自感电动势对电流的减小起到“阻碍”作用；
（3）自感现象遵循能量守恒定律，说明磁场具有能量。
互感现象
互感现象应用
自感现象
自感现象应用
日光灯原理
1、自感：由于线圈本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。
2、自感电动势：在自感现象中产生的感应电动势。
（1）作用：总是阻碍线圈中原电流的变化，
即总是起着推迟电流变化的作用。
（2）方向：当原电流增大时，自感电动势与原电流方向相反；
当原电流减小时，自感电动势与原电流方向相同。
自感电动势遵循法拉第电磁感应定律：
线圈中变化的电流所激发的磁感应强度 与电流的变化率成正比：
自感电动势与电流的变化率成正比：
互感现象
互感现象应用
自感现象
自感现象应用
日光灯原理
描述线圈产生自感电动势本领大小的物理量
2.决定因素
线圈的圈数
是否有铁芯
线圈的大小
线圈的形状
亨利（H）
1.物理意义:
3.单位：
甲 一条导线弯了几匝的线圈
乙 空芯线圈，
丙 在铁芯上绕了几千匝的线圈，
甲
乙
丙
自感系数
互感现象
互感现象应用
自感现象
自感现象应用
日光灯原理
1 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。如日光灯的镇流器等。
2 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。
（1）安全开关问题
电弧放电，烧坏开关，危及人身安全
（2）精密电阻
磁通量 恒=0
互感现象
互感现象应用
自感现象
自感现象应用
日光灯原理
由三部分组成
也叫“启动器”
日光灯
结构
互感现象
互感现象应用
自感现象
自感现象应用
日光灯原理
起到一个开关的作用
能使动静触片不产生电火花保护触点
日光灯
启动器组成和作用
互感现象
互感现象应用
自感现象
自感现象应用
日光灯原理
1.拔下正在工作的家用电器的电源插头，或者将家用电器电源插头插入插座时，有时会看到电火花，这些电火花是怎样产生的？日常生活中我们应当怎样注意用电安全？
1.拔下插头或插入插头时，对应断电或通电瞬间，会出现点火花的原因主要在于：一方面会因为电路中产生感应电动势而使得在插座和插头之间的空气电离；另一方面两者在接通或断开时，两导体相互逐渐靠近和离开，两导体间距离很小时，空气被击穿。日常生活中，对此问题，我们建议在开启用电设备前，先将插头插入，然后再开启插座或接线板的开关，因为合格的开关开合时间短、触点有镀银等消弧措施，对人身安全和设备安全均有利。
2.电子设备中常要用一种没有电感的精密电阻，采用的是双线并绕的方式，即把一根电阻线对折后绕制成线圈，如图2-4-8所示．为什么这种结构的电阻会没有电感？
2.采用双向并绕的方式后，并绕的两个线圈电流方向恰好相反，在发生自感时，两线圈产生的感应电流大小相等，方向相反，即产生的电感量相互抵消，整个绕线电阻就能对外呈现无感即没有电感的特点。
课堂小结
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。
１． 在如图所示的电路中，Ｌ是自感系数足
够大的线圈，它的电阻可忽略不计，Ｌ１和Ｌ２ 是两个完全相同的小灯泡．
（１）当闭合开关Ｓ时，Ｌ１和Ｌ２ 两个灯泡的亮度将如何变化？
（２）当断开开关Ｓ时，Ｌ１ 和Ｌ２ 两个灯泡的亮度又将如何变化？
解：（1)开关S闭合瞬间，但由于线圈的电流增加、导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的增加，且线圈的自感系数足够大，线圈相当于断路，两灯泡串联，所以两灯同时亮；
（2)开关S闭合断开，L2立即熄灭，但由于线圈的电流减小，导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的减小，电路中将稳持短暂时间的电流，从L1流过，所以L1亮一下再慢慢熄灭。
课堂练习
２． 某同学设计了如图所示的实验电路来测定自感系数很大的线圈Ｌ的电阻．
（１）请根据实验电路，说明该实验测定线圈Ｌ电阻的原理．
（２）测量完毕后，该同学想先断开开关Ｓ２ ，此时，他的同学赶紧制止，并告诉他，若其断开开关Ｓ２ 将会烧坏电压表． 这种说法正确吗？如何正确拆解这个电路？
（2)正确．先断开开关S1,再断开开关S2;然后拆除电源两极的导线以及其他导线．
解：（1)先闭合S2,再闭合S1,记下电流表和电压表的示数分别／、U,线圈的电阻为
课堂练习
３． 在实际生产中，有些高压直流电路中含有自感系数很大的线圈． 当电路中的开关Ｓ由闭合到断开时，线圈会产生很高的自感电动势，使开关Ｓ处产生电弧，危及操作人员的人身安全． 为了避免电弧的产生，几名同学分别提出了以下四种方案，如图所示． 哪种（些）方案可行？还有其他设计方案吗？
解：由题意可知、当断开瞬间时，线圈中产生很高的自感电动势，若不并联元件，则会产生电弧，（a)方案中，当并联电容器时，只能对电容器充电，仍不能解决电弧现象；（b)方案和（d)方案中，当并联发光二极管时，由于发光二极管有单向导电性，因此须注意开关断开瞬间，线圈中电流的方向，（b)方案中二极管接法与导线一样作用、开关闭合时，线圈被短路，会影响电路不符合要求；（d)方案二极管的接法导线有一样的作用，开关断开时，线圈被短路。唯有（d)方案，既能避免产生电弧，又能不影响电路，故（d)方案可行。（b)(C)方案不可行。
课堂练习
1、如图为研究自感现象的实验电路图，其中自感线圈直流电阻很小可忽略不计。下列可能出现的实验现象是（　　）
A．闭合开关，灯泡缓缓亮起来
B．闭合开关，灯泡立即亮起来，且亮度一直保持不变
C．断开开关，灯泡立即熄灭
D．断开开关，灯泡闪亮一下，然后熄灭
D
课堂练习
2、某同学为了验证自感现象，自己找来带铁芯的线圈L（线圈的自感系数很大，构成线圈导线的电阻可以忽略）、两个相同的小灯泡A和B、开关S和电池组E，用导线将它们连接成如图所示的电路。经检查，各元件和导线均是完好的，检查电路无误后，开始进行实验操作。他可能观察到的现象是（　　）
A．闭合S瞬间，B比A先亮
B．闭合S瞬间，A、B一起亮
C．断开S瞬间，A、B逐渐熄灭
D．断开S瞬间，A比B先熄灭
C
课堂练习
3、如图所示，L是自感系数很大的线圈，但其自身的直流电阻几乎为零。A和B是两个相同的小灯泡，下列说法正确的是（　　）
A．闭合开关S后，灯泡A亮度一直保持不变
B．闭合开关S后，灯泡A、B同时变亮，最后亮度相同
C．闭合开关，电路稳定后，再断开S，灯泡A逐渐变暗，直到不亮
D．闭合开关，电路稳定后，再断开S，灯泡B由暗变亮，再逐渐熄灭
D
课堂练习
4、某同学用如图所示的电路研究断电自感现象。闭合开关S，小灯泡发光；再断开S，小灯泡渐渐熄灭。重复多次，仍未见老师演示断电时出现的小灯泡闪亮现象，你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是（　　）
A．线圈电阻较大
B．小灯泡电阻较大
C．电源的电动势较小
D．线圈的自感系数较大
A
课堂练习

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