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第二章 电磁感应
第4节 互感和自感
在法拉第最初发现电磁感应现象的实验中，两个线圈之间并没有导线相连，但当一个线圈中电流变化，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生电磁感应现象，产生感应电动势。
1. 定义: 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。
一、互感现象
思考: 怎样才能使下图中电流计的指针发生偏转？
2. 互感电动势
（1）互感现象实质是电磁感应现象。
（2）互感现象产生的感应电动势，称为互感电动势。
2.互感现象：变压器
【无线充电技术原理】
电力输入
线圈
电力接收
线圈
输出
感应电流
输入
交流电
互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，也可发生于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的正常工作，这时要设法减小电路间的互感。
防止互感的电路板
线圈的双线绕法
3. 互感的危害与防止
双线绕法
互感现象中，一个线圈中电流变化引起另一个线圈中产生电磁感应现象。
那么，当一个线圈中电流变化时，会在自身产生电磁感应现象吗？
问题
演示：观察两个灯泡的发光情况
当一个线圈中的电流变化时，它是否也能在它本身激发出感应电动势呢？
原因分析
开关闭合：流过线圈的电流从无到有
线圈L:磁通量Φ增大
线圈L中产生感应电动势
楞次定律：感应电动势会阻碍电流增加
灯泡A1较慢亮起来
思考下列问题
1. 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？
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？
IA
IL
A
S
E
L
1、概念：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。这种现象称为自感。在自感现象中产生的感应电动势，称为自感电动势。
二、自感现象
自感电动势的作用：阻碍原电流的变化．
当原电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反；
当原电流减小时，自感电动势的方向与原电流方向相同．
用电流传感器显示自感对电流的影响
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，甚至会引起人身伤害。
危害：电弧火花——烧蚀开关。
油浸开关
自感的危害与防止
在断开开关S的时候，弹簧K并不会立刻 将衔铁D拉起而使触头C（连接工作电路）离 开，而是过一小段时间后才执行这个动作。延 时继电器就是因此而得名的。
练习一下
（1）请解释：当开关S断开后，为什么电 磁铁还会继续吸住衔铁一小段时间？
（2）如果线圈B不闭合，是否会对延时效 果产生影响？为什么？
高中物理选择性必修第二册 第二章：安培力与洛伦兹力 第4节:互感和自感
观察实验
如何解释实验现象？
两个线圈A、B之间并没有导线相连，线圈A与手机（或MP3等）的音频输出端连接，线圈B与扩音器的输入端连接。把线圈A插入线圈B时就能在扩音器上听见由手机输出的声音。
问题
你能用所学知识解释这一现象？
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互感
互感的概念和应用
1. 定义：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。产生的电动势叫作互感电动势。
2、互感的应用
城乡变压器
收音机里的磁性天线
无线充电器
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3、互感的危害与防止
互感
互感的危害与防止
影响因素：形状、大小、匝数、有无铁芯、相对位置等。
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。在电力工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，这时要设法减小电路间的互感。
防止互感的电路板
线圈的双线绕法
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自感
自感的概念
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自感
自感的概念
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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。
自感
自感的概念
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自感现象
自感理论分析
通电自感的理论分析
b
a
断电自感的理论分析
断电自感时感应电动势阻碍电流的减小
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自感现象
自感电动势的方向
自感电动势的方向：
（1）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；
（2）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.
增 反 减 同
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自感系数
自感电动势的推导和自感系数的概念
自感电动势也遵从法拉第电磁感应定律:
磁场的强弱正比于电流的强弱，也就是说，磁通量的变化正比于电流的变化。因此，自感电动势正比于电流的变化即:
对于一个特定的线圈，n、S 是定值，写成等式为
L：自感系数－简称自感或电感
（1）决定线圈自感系数的因素： 实验表明，线圈越长，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。
（2）自感系数的单位：亨利 简称 亨 符号是 H
常用单位：毫亨（m H） 微亨（μH） 1H=103mH=106 μH
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。
磁场的能量
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磁场的能量
磁场是具有能量的
1．如图所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值相等且小于灯泡A的电阻。下列说法正确的是（ ）
A．接通S，灯泡A逐渐变亮
B．接通S，灯泡A立即变亮，然后逐渐熄灭
C．断开S，灯泡A将先闪亮一下，然后逐渐熄灭
D．断开S后的瞬间，通过灯A的电流方向跟断开前的电流方向相同
C
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2．某学生做自感现象实验时，连接电路如图所示，则（　　）
A．闭合开关S，L1灯泡立刻变亮，且亮度不变
B．闭合开关S，L2灯泡逐渐变亮，然后亮度不变
C．电路稳定后断开开关S，L1灯泡先闪亮一下后再熄灭
D．电路稳定后断开开关S，L2灯泡先变亮后再逐渐熄灭
D
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3．如图所示，灯泡A、B完全相同，若线圈L的电阻为RL，且RL>RA（RA为灯泡A的电阻），则
（　　）
A．S闭合瞬间，灯A、B同时发光
B．S闭合瞬间，灯A不亮，灯B立即亮
C．稳定后再断开S的瞬间，灯A、B均闪亮一下熄灭
D．稳定后再断开S的瞬间，灯B立即熄灭，灯A闪亮一下熄灭
A
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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
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5．用电流传感器（相当于电流表，其电阻可以忽略不计）研究通电自感现象的电路如图甲所示。电阻的阻值是R，多匝线圈L中未插入铁芯，电源电动势为E，L的电阻和电源的内阻均可忽略。闭合开关S，传感器记录了电路中电流i随时间t变化的关系图像，如图乙中曲线①所示。如果改变某一条件，其他条件不变，重复实验，可以得到图乙中曲线②。改变的条件可能是
（ ）
A．线圈L中插入铁芯
B．增大E
C．增大R
D．减小R
A
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6．电流传感器在电路中相当于电流表，可以用来研究自感现象，在如题图所示的实验电路中，电源电动势为E，内阻是r，L是自感线圈，其自感系数足够大，直流电阻值大于灯泡D的阻值，电流传感器的电阻可以忽略不计，在t=0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t=t1时刻断开开关，在下列表示电流传感器记录的电流随时间变化情况的图象中，可能正确的是（　　）
C
高中物理选择性必修第二册 第二章：安培力与洛伦兹力 第4节:互感和自感
7．在如图a、b所示电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，且小于灯S的电阻，接通开关K，使电路达到稳定，灯泡S发光，则（　　）
A．在电路a中，闭合K时，S将立即变亮发光
B．在电路a中，断开K后，S将先变得更亮，后才变暗
C．在电路b中，闭合K时，S将逐渐变亮发光
D．在电路b中，断开K后，S将先变得更亮，然后渐暗
D
高中物理选择性必修第二册 第二章：安培力与洛伦兹力 第4节:互感和自感
8．关于自感现象、自感系数、自感电动势，下列说法正确的是（　　）
A．当线圈中通恒定电流时，线圈中没有自感现象，线圈自感系数为零
B．线圈中电流变化越快，线圈的自感系数越大
C．自感电动势与原电流方向相反
D．对于确定的线圈，其产生的自感电动势与其电流变化率成正比
D
高中物理选择性必修第二册 第二章：安培力与洛伦兹力 第4节:互感和自感

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