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第二章　电磁感应
互感、通电自感和断电自感
13
精彩动图
13
学习目标
1、知道互感的原理及应用
2、会分析通电自感现象并解决相关问题
3、会分析断电自感现象并解决相关问题
一　互感现象
///////
二　通电自感
///////
三　断电自感
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观察与思考
1
当线圈靠近电磁炉时：灯泡为什么会发光？手机为什么能够被充电？
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叫互感电动势。
一、互感现象
原磁场方向
原磁通变化
感应电流
感应磁场
互感现象
城乡变压器
(2)应用：传递能量和传递信息
安检仪
无线充电
互感的危害与防止
应用
影响因素：匝数、有无铁芯、形状、大小、相对位置等
实际上互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，也可以发生在任何两个相互靠近的电路之间，影响电路的正常工作
手机发射出的无线电波（射频电磁辐射），能使接收无线电的天线感生射频电流。当射频电流在金属导体间环流时，遇到锈蚀或接触不良，就会产生射频火花。
通过双线绕法减少互感带来的影响
1、（多选）目前无线电力传输已经比较成熟，如图所示为一种非接触式电源供应系统。这种系统基于电磁感应原理可无线传输电力，两个感应线圈可以放置在左右相邻或上下相对的位置，原理示意图如图所示利用这一原理，可以实现对手机进行无线充电。下列说法正确的是（ ）
A.若A线圈中有电流，B线圈中就会产生感应电动势
B.只有A线圈中输入变化的电流，B线圈中才会产生感应电动势
C.A中电流越大，B中感应电动势越大
D.A中电流变化越快，B中感应电动势越大
BD
针对训练
2、在制作精密电阻时，为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象，采用双线并绕的方法，如图所示．其道理是(　　)
A．当电路中的电流变化时，两股导线产生的自感电动势相互抵消
B．当电路中的电流变化时，两股导线产生的感应电流相互抵消
C．当电路中的电流变化时，两股导线中原电流的磁通量相互抵消
D．以上说法都不对
C
二、通电自感现象
闭合电键时
通电自感实验电路：
????????
?
????????
?
S闭合
线圈的电流I和磁通量φ增大
过程：
S
A1
I1
B原
B感
I1
R
I2
A2
反向感应电动势
灯泡并不立即变亮
逐渐变亮
E
结论1:自感电动势的作用——“阻碍”原电流的增加，但最终没有“阻止”其增加。
观察与思考
2
(1)电键闭合瞬间你看到什么现象？
(2)你是否可以尝试解释这一现象？
三、断电自感现象
3
电键断开时
断电自感实验电路：
????
?
????
?
S
I
I
B原
I
B感
A
S断开
线圈的电流I、磁通量Φ减小
过程：
产生感应电动势
线圈与灯泡形成闭合回路
灯泡并不立即熄灭
结论2:自感电动势的作用——“阻碍”原电流的减少，但最终没有“阻止”其减少。
观察与思考
3
(1)电键断开瞬间你看到什么现象？
(2)你是否可以尝试解释这一现象？
断电自感实验现象解释
3
(2)闪亮一下的原因
分析： 断电前根据电路中并联规律，若线圈L的电阻小于灯泡的电阻，则有IL＞IA，断电后，线圈L由于自感作用，将阻碍自身电流的减小，结果线圈中的电流IL反向流过灯泡，然后逐渐减弱，所以有灯闪亮一下再熄灭的现象出现。
断开前
断开后
L
L
A
A
思考与讨论
3
断电时，与线圈并联的灯泡一定会闪亮一下后在慢慢熄灭吗？
(1)不能认为任何断电现象灯都会闪一下
①当IL>IA时，会闪一下，再逐渐熄灭;
②当IL(2)原来的IL和IA哪一个大，要由L的直流电阻RL与灯泡的电阻RA的大小来决定。
①如果RL≥RA，则IL≤IA；
②如果RLIA。
自感电动势的方向
4
（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
疑点诠释
?
1.自感现象的四大特点
(1)自感电动势总是阻碍原电流的变化.
(2)通过线圈中的电流只能缓慢变化.
(3)电流稳定后,自感线圈相当于普通导体.
(4)线圈的自感系数越大,自感现象越明显.自感电动势只能延缓过程的进行,不能使过程停止,更不能使过程反向.
2．自感中灯泡的“闪亮”与“不闪亮”问题
灯泡是否“闪亮”与流过它的电流的大小及变化有关.
I
t
I
t
I
t
灯泡闪亮后缓慢熄灭
灯泡缓慢熄灭
易错辨析
电路图
通电时
断电时
电流逐渐增大，灯泡逐渐变亮
电流突然增大，然后逐渐减小达到稳定
电路中稳态电流为I1、I2：①若I2≤I1,灯泡逐渐变暗;②若I2>I1,灯泡闪亮后逐渐变暗。两种情况灯泡中电流方向均改变
电流逐渐减小，灯泡逐渐变暗，电流方向不变
【例1】(多选)如图甲、乙所示的电路中,电阻R和自感线圈L的电阻值都很小,且小于灯泡A的电阻,接通S,使电路达到稳定,灯泡A发光,则(　　)
A.在电路甲中,断开S后,A将逐渐变暗
B.在电路甲中,断开S后,A将先变得更亮,然后才逐渐变暗
C.在电路乙中,断开S后,A将逐渐变暗
D.在电路乙中,断开S后,A将先变得更亮,然后才逐渐变暗
解析　题图甲所示电路中,灯A和线圈L串联,电流相同,断开S时,线圈上产生自感电动势,阻碍原电流的减小,通过R、A形成回路,灯A逐渐变暗。题图乙所示电路中,电阻R和灯A串联,灯A的电阻大于线圈L的电阻,电流则小于线圈L中的电流,断开S时,电源不给灯供电,而线圈L产生自感电动势阻碍电流的减小,通过R、A形成回路,灯A中电流比原来大,变得更亮，然后逐渐变暗。
答案　AD
解析显隐
(1)S刚接通时,线圈L对电流的阻碍作用怎样?各部分电流大小情况如何?L1与L2亮度怎样?为什么?随后如何变化?
审题设疑
【例2】 如图所示,线圈L的自感系数很大,且其电阻可以忽略不计,L1、L2是两个完全相同的小灯泡,随着开关S闭合和断开的过程中,L1、L2的亮度变化情况是(灯丝不会断)(　　).
A．S闭合，L1亮度不变，L2亮度逐渐变亮，最后两灯一样亮；S断开，L2立即不亮，L1逐渐变亮
B．S闭合，L1亮度不变，L2很亮；S断开，L1、L2立即不亮
C．S闭合，L1、L2同时亮，而后L1逐渐熄灭，L2亮度不变；S断开，L2立即不亮，L1亮一下才灭
D．S闭合，L1、L2同时亮，而后L1逐渐熄灭，L2则逐渐变得更亮；S断开，L2立即熄灭，L1亮一下才灭
(2)电流稳定后,线圈对电流阻碍作用又如何？各部分电流大小情况又如何？L1与L2亮度怎样？
(3)S刚断开时,线圈对电流的阻碍作用如何?各部分电流大小与方向如何?L1与L2亮度怎样?随后,电流又会如何变化?
IL1
IL
I
转解析
规律方法
在分析自感现象问题时，应注意电路的结构，弄清楚自感线圈L与用电器的串、并联关系，明确原电流的方向，再判断自感电流的方向及大小变化．同时注意，L的自身电阻是不是能忽略不计．在断开开关时，还要看线圈和用电器能否形成回路．
断
通
I
I
方法提炼
1.对自感现象“阻碍”作用的理解
(1)流过线圈的电流增加时，线圈中产生的自感电动势阻碍电流的增加，使其缓慢地增加；
(2)流过线圈的电流减小时，线圈中产生的自感电动势阻碍原电流的减小，使其缓慢地减小。
2．分析自感现象应注意
(1)通过自感线圈中的电流不能发生突变，即通电过程中，电流逐渐变大，断电过程中，电流逐渐变小，此时线圈可等效为“电源”，该“电源”与其他电路元件形成回路；
(2)断电自感现象中灯泡是否“闪亮”的判断：若断电后通过灯泡的电流比原来强，则灯泡先闪亮，再慢慢熄灭。
【变式训练1】(多选)如图电路中,L为一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈,D1、D2是两个完全相同的灯泡,E是一内阻不计的电源.
t＝0时刻,闭合开关S,经过一段时间后,电路达到稳定,t1时刻断开开关S.I1、I2分别表示通过灯泡D1和D2的电流,规定图中箭头所示的方向为电流正方向,以下各图中能定性描述电流I随时间t变化关系的是( )
解析　当S闭合时，L的自感作用会阻碍其中的电流变大，电流从D1流过；当L的阻碍作用变小时，L中的电流变大，D1中的电流变小至零；D2中的电流为电路总电流，电流流过D1时，电路总电阻较大，电流较小，当D1中电流为零时，电流流过L与D2，总电阻变小，电流变大至稳定；当S再断开时，D2马上熄灭，D1与L组成回路，由于L的自感作用，D1慢慢熄灭，电流反向且减小；综上所述知选项A、C正确。
答案　AC
解析显隐
转原题
解析　当S接通时，因L的自感系数很大，对电流的阻碍作用较大，L1和L2串接后与电源相连，L1和L2同时亮．随着L中电流的增大，L的直流电阻减小，L的分流作用增大，L1的电流逐渐减小为零，由于总电阻变小，总电流变大，L2的电流增大，L2灯变得更亮．当S断开时，L2中无电流，立即熄灭，而电感L将阻碍本身的电流减小，L与L1组成闭合电路，L1灯要亮一下后再熄灭，综上所述，选项D正确．
答案　D
【变式训练2】如图所示的电路，开关原先闭合，电路处于稳定状态，在某一时刻突然断开开关S，则通过电阻R1中的电流I1随时间变化的图线可能是下图中的(　　)
解析　开关S原来闭合时，电路处于稳定状态，流过R1的电流方向向左，大小为I1。与R1并联的R2和线圈L支路，电流I2的方向也是向左。当某一时刻开关S突然断开时，L中向左的电流要减小，由于自感现象，线圈L产生自感电动势，在回路“L→R1→A→R2”中形成感应电流，电流通过R1的方向与原来相反，变为向右，并从I2开始逐渐减小到零，故D图正确。
答案　D
解析显隐
谢谢观看 THANK YOU!

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