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2.4 互感和自感
第二章 电磁感应
一、互感现象
两个不相连的电路，
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。
互感电动势：互感中产生的电动势
1.定义：
本质：一种电磁感应现象
2. 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、收音机的“磁性天线”就是利用互感现象制成的。
无线充电
变压器
能量转化
电能
磁场能
电能
内能
这种由于导体自身的电流变化所产生的电磁感应现象是一种特殊的电磁感应现象
思考：
3、在图中接通Ｓ，线圈自身会不会产生感应电动势？为什么
A
S
二、自感现象
1.定义
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。
自感电动势有啥作用？
实验一：通电自感
A1、A2 使用规格完全一样的灯泡。
闭合电键S，调节变阻器 R 和 R1 ，使A1、A2亮度相同且正常发光.
然后断开开关S。
重新闭合S，观察到什么现象？

A1
A2
通电自感
滑动变阻器
线圈
S接通
穿过线圈的电流I 增大
穿过线圈的磁通量增大
线圈产生感应电动势
A1灯逐渐亮
阻碍原电流增大
实验一：通电自感
现象：在闭合开关Ｓ瞬间，灯A2立刻正常发光，A1却缓慢发光，比A2迟一会儿才正常发光。
结论1:电流增大时，线圈的自感电动势“阻碍”原电流的增大，方向与线圈中原电流方向相反
分析A1灯:
A2
A1
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？
实验二：断电自感
断电自感
线圈
现象分析
为什么灯不是立即熄灭，而要闪亮一下才熄灭
断电自感
实验二：断电自感
实验二：断电自感
现象：S断开时，A 灯突然闪亮一下才慢慢熄灭。
S断开
穿过线圈的电流I 减小
穿过线圈的磁通量减小
线圈产生感应电动势
灯逐渐熄灭
阻碍电流减小（补偿）
分析A灯:
结论2:电流减小时，线圈的自感电动势“阻碍”原电流的减小，方向与线圈中原电流方向相同.
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。
3、自感电动势的作用：阻碍导体中原电流的变化。
做一做
用电流传感器显示自感对电流的影响
电流传感器
A
L
S
IA
IL
断电自感的进一步实验和解释
（1）若 RL=RA相等，请定性作出IA、IL时间变化图像？
iL
t
O
iA
t
O
电流传感器
A
L
S
IA
IL
断电自感的进一步实验和解释
（2）若 RL 远小于RA ，请定性作出IA、IL时间变化图像？
iL
t
O
iA
t
O
L
A
E
S
IA
IL
当IL>IA则，灯泡就会闪亮一下再熄灭
当IL≤IA则，灯泡就会缓慢的熄灭
②原来的 IL 和 IA 哪一个大，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 RL ≥ RA，则 IL ≤ IA。
①不能认为任何断电现象灯都会闪一下
注意！
RA
RL
1
2
L
A1
A2
R
S
R1
同样的
当IL>IA2则，A2就会闪亮一下再熄灭，A1 ？
当IL≤IA2则，A2就会缓慢的熄灭，A1 ？
③断电实验中，线圈的电流方向不变，而灯电流方向与原来方向相反。
自感电动势的大小与什么因素有关？
1、自感电动势的大小：与电流的变化率成正比
L自感系数 －简称自感或电感
实验表明，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率
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
三、自感系数
例：关于线圈的自感系数，下面说法正确的是(　　)
A．线圈的自感系数越大，自感电动势就一定越大
B．线圈中电流等于零时，自感系数也等于零
C．线圈中电流变化越快，自感系数越大
D．线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定
②自感系数是由线圈本身的因素及有无铁芯决定的
①自感电动势的大小与自感系数有关还与电流的变化率有关
自感现象的应用
镇流器——产生高压
L
E
S
C
震荡电流——发射电波
L很大
自感现象的防止
油浸开关
双线绕法
例1：L是自感系数很大的线圈，但其自身的电阻几乎为0。A和B是两个相同的小灯泡。
(1)当开关S由断开变为闭合时，A、B两个灯泡的亮度将如何变化
2)当开关S由闭合变为断开时，A、B两个灯泡的亮度又将如何变化
L
B
A
S
解：1、当开关由断开变为闭合时，两灯立即有电压，同时发光，由于线圈的电阻很小，B灯被线圈短路，由亮变为变暗直到不亮；A灯由亮变为更亮。
2、当开关断开时，A灯没有了电压立即熄灭；当电流减少，线圈产生自感电动势，相当于电源，给B灯提供短暂的电流使B灯先亮一下，再缓慢熄灭。
例2：在如图所示的甲、乙电路中，电阻R和灯泡电阻值相等，自感线圈L的电阻值可认为是零．在接通开关S时，则(　　)
A．在电路甲中，A将渐渐变亮
B．在电路甲中，A将先变亮，后渐渐变暗
C．在电路乙中，A将渐渐变亮
D．在电路乙中，A将由亮渐渐变暗，后熄灭
②在电路甲中,通过灯泡的电流只能慢慢增加
③在电路乙中,通过自感线圈的电流逐渐增加,而通过灯泡的电流逐渐减小,流过线圈的电流最大时，通过灯泡的电流可以认为是零
①自感线圈产生自感电动势来阻碍电流的流入
例3：如图所示，L为自感系数较大的线圈，电阻很小，电路稳定后，当断开开关S的瞬间会有什么现象（ ）
A．甲中，灯A立即熄灭　　　　　
B．乙中，灯A慢慢熄灭
C．甲中，灯A突然闪亮一下再慢慢熄灭　　
D．乙中，灯A突然闪亮一下再慢慢熄灭
A
AD
甲
解析：甲电路，开关断开后没有构成闭合回路，所以灯立即灭；乙中由于电感电阻小，流过的电流很大，所以开关断开后灯突然闪亮，再灭。
四、磁场的能量
在图2.4-3的实验中，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
L
A
E
S
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，把储存在磁场中的能量转化成电能。
当线圈通电瞬间和断电瞬间，自感电动势都要阻碍线圈中电流的变化，使线圈中的电流不能立即增大到最大值或不能立即减小为零 。
电的“惯性”大小决定于线圈的自感系数
1、线圈能够体现电的“惯性”，应该怎样理解？
2、电的“惯性”大小与什么有关？
课堂小结
1.互感现象：两个不相连的电路，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。
2.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。
①通电自感与断电自感现象
当IL>IA则，灯泡就会闪亮一下再熄灭，当IL≤IA则，灯泡就会缓慢的熄灭
②断电自感与小灯泡的闪亮
③通电自感与断电自感的电流变化
断电前线圈与灯泡串联，则I感与I原同向。断电前线圈与灯泡并联，则I感与I原反向。
3.自感系数L：来描述电感线圈对其中电流的阻碍作用。
由线圈结构决定
自感系数的决定因素：
大小，形状，疏密，圈数，铁芯
，与电流无关
①通电自感
：电能中的一部分储存在电感线圈中。
②断电自感
：电感线圈中储存的能量被释放出来。
4.磁场的能量：储存在磁场中的能量
1．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
t1时刻感应电流为零，故两环作用力为零，则A错误
t2和t3时刻A环中电流在减小，则B 环中产生与A环中同向的电流，故相互吸引，B正确、C错误
t4时刻A中电流为零，两环无相互作用．D错．
课堂练习
2.如图所示，L是自感系数很大的线圈，但其自身的电阻较小，则：
(1)当开关S由断开变为闭合时，A灯泡的亮度将如何变化？
S
A
马上亮，然后慢慢熄灭
闪亮一下，然后慢慢熄灭
L
(2)当开关S由闭合变为断开时，A灯泡的度又将如何变化？
3、实验一中，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。
I
t
I
t
I
t
I
t
A B C D
C
A

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