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第四节　互感和自感
[学习目标]
1.了解并区分互感现象和自感现象,知道自感电动势、自感系数等概念,深化对电磁感应规律的理解.
2.经历通电自感和断电自感等实验探究,分析自感的产生机理,培养科学探究意识和能力.
3.知道自感电动势的表达式E=L,知道自感系数的决定因素,了解自感现象中的能量转化.(重点)
知识点一　互感现象
情境导学
　图甲、乙分别是互感现象实验原理图和无线通信演示实验示意图.请思考:
(1)图甲实验B线圈为什么产生了感应电流 B线圈内感应电流的变化会不会在A线圈内引起感应电流
(2)图乙在没有电源的电路中为何会有电流产生 图乙与图甲两个电路之间有何相似之处 有何区别
提示:(1)A线圈中电流发生变化,它产生的变化的磁场在B线圈中激发出了感应电流.根据对称性思想,B线圈中感应电流的变化,同时也会在A线圈中产生相应的感应电流.
(2)与收音机连接的线圈L1中电流变化,在周围空间激发变化的磁场,变化的磁场在线圈L2和喇叭组成的回路中引起感应电流.题图甲、乙中的两线圈均没有直接连接.题图甲中两线圈绕在同一个铁芯上,题图乙中则没有.
知识整合
1.互感和互感电动势
两个相互靠近但导线不相连的线圈A、B,当线圈A中的电流发生变化时,它产生的变化的磁场在线圈B中激发出了感应电动势.根据对称性思想,线圈B中感应电流的变化,同时也会在线圈A中产生相应的感应电动势,这种现象称为互感,所产生的感应电动势称为互感电动势.
2.应用
互感现象可以把能量从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.
3.危害
互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间.在电子电路中,互感现象有时会影响电路的正常工作.
易错辨析
(1)两线圈相距较近时,可以产生互感现象,相距较远时,不可以产生互感现象.(　×　)
(2)手机无线充电技术就是互感的应用.(　√　)
(3)在实际生活中, 互感现象都是有益的.(　×　)
(4)利用互感现象可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈.(　√　)
[例1] (互感现象的应用)某同学通过学习电磁感应的相关知识,利用实验室里的线圈自制了一个放大版的手机扬声器,装置如图所示.两个匝数不同的线圈A、B之间没有导线相连,线圈A与手机的音频输出端连接,线圈B与音响连接.为检验该装置是否能正常工作及其播放效果,现将线圈A插入线圈B中,则下列说法正确的是(　　)
[A] 因A、B两线圈之间未用导线连通,所以该扬声装置不可能发出声音
[B]线圈B中产生变化的电流使音响发声
[C]将线圈A、B互换,音响的播放效果不变
[D]在线圈A靠近线圈B时,音响的播放效果不变
【答案】 B
【解析】 该装置采用了互感原理,如果线圈A中为交变电流信号,则在线圈B中产生的感应电流也为变化的电流,音响能发出由手机输出的声音,故A错误,B正确;由于两线圈的匝数不同,所以将两线圈互换时,音响的播放效果不同,故C错误;在线圈A靠近线圈B时,线圈B处的磁场变强,感应电流变大,音响的播放效果将会更好,故D错误.
知识点二　自感现象　自感电动势及自感系数
情境导学
图甲、乙分别是探究通电时的自感现象和断电自感现象的实验电路图.
(1)图甲中闭合开关S时能看到什么现象 产生的原因是什么
(2)如图乙,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 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 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相同还是相反
提示:(1)闭合开关S时,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.
(2)更慢些.逆时针方向.相反.
知识整合
1.自感现象:由于线圈本身的电流变化而产生的电磁感应现象,遵循法拉第电磁感应定律和楞次定律.
2.自感电动势:在自感现象中产生的感应电动势.
(1)表达式:E=L.
(2)理解:公式中为电流的变化率,电流变化越快,电流变化率越大,自感电动势也越大;公式中L为线圈的自感系数.
①自感系数的单位:亨利,简称亨,符号是H.常用单位还有毫亨(mH)和微亨(μH).1 H=
103 mH=106 μH.
②自感系数大小的决定因素:与线圈的形状、长短、匝数以及是否有铁芯等因素有关.
3.通电自感和断电自感
项目 电路 现象 线圈中电流的变化规律 自感电动势的作用
通电 自感 开关S闭合瞬间,灯泡L2立刻正常发光,灯泡L1逐渐地亮起来 阻碍电 流的增加
断电 自感 在电路中,断开开关S的瞬间,灯泡L2立即熄灭,灯泡L1会逐渐熄灭 阻碍电 流的减少
4.自感现象中灯泡亮度变化的问题
项目 与线圈串联的灯泡 与线圈并联的灯泡
电路图
通电时 电流逐渐增大,灯泡逐渐变亮 电流I1突然变大,然后逐渐减小达到稳定,灯泡突然变亮然后逐渐变暗,最后亮度不变
断电时 电流逐渐减小,灯泡逐渐变暗,电流方向不变 电路中稳态电流为I1、I2,若I2≤I1,灯泡逐渐变暗;若I2>I1,灯泡闪亮一下后逐渐变暗,两种情况灯泡电流方向均改变
5.自感现象中的能量转化
(1)闭合开关开始通电过程中,通过线圈的电流激发了磁场,一部分电能转化为磁场能储存在线圈的磁场中.
(2)断开电源后,磁场能又转化为电能,通过灯泡释放出来,转化为热和光消耗掉.
[例2] (自感现象) (2024·广东深圳高二下期末)某实验探究小组在实验室按图示电路探究自感现象,L是自感系数很大的、电阻可忽略的线圈.A和B是两个相同的小灯泡、闭合开关S,稳定后再断开.观察到的现象是(　　)
[A] 闭合开关S,B一直不亮
[B]闭合开关S,B逐渐变亮,最后稳定发光
[C]断开开关S,B亮一下后逐渐熄灭
[D]断开开关S,A亮一下后逐渐熄灭
【答案】 C
【解析】 闭合开关S,立即就有了电流,灯泡B、A同时变亮,但线圈会产生自感电动势,电流缓慢增加,当电流稳定后线圈相当于直导线,灯泡B被短路,灯泡B熄灭.灯泡A更亮,故A、B错误;开关S断开时,灯泡A立即熄灭,线圈产生自感电动势,并和灯泡B构成闭合电路,灯泡B先闪亮后逐渐变暗,最后熄灭,故C正确,D错误.
[例3] (自感现象中的图像问题)如图所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,线圈L的电阻不计,电阻R的阻值大于灯泡D的阻值.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S.下列选项图能正确表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像的是(　　)
[A] 　 　 [B]
[C]　 　 [D]
【答案】 B
【解析】 开关S闭合的瞬间,由于L的阻碍作用,由R与L组成的支路相当于断路,后来由于L的阻碍作用不断减小,相当于外电路并联部分的电阻不断减小,根据闭合电路欧姆定律可知,整个电路中的总电流增大,由U内=Ir得内电压增大,由UAB=E-Ir得路端电压UAB减小.电路稳定后,由于R的阻值大于灯泡D的阻值,所以流过L支路的电流小于流过灯泡D的电流.当开关S断开时,由于L的自感作用,流过灯泡D的电流立即与流过L的电流相等,与灯泡D原来的电流方向相反且逐渐减小,即UAB反向减小,选项B正确.
课时作业(十七)　互感和自感
(分值:90分)
(选择题每题6分)
知识点一　互感现象
1.在无线电仪器中,常需要在距离较近的地方安装两个线圈,并要求一个线圈中有电流变化时,对另一个线圈中的电流影响尽量小,则下图中两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是(　　)
[A] [B]
[C] 　　 　 [D]
【答案】 D
【解析】 一个线圈的磁场通过另一个线圈的磁通量的变化率越小,影响则越小,欲使两线圈互感的影响尽量小,应放置成D选项的情形,这样其中一个线圈的磁场通过另一个线圈的磁通量的变化率应为零,故D选项正确.
2.(多选)(2024·广东惠州高二期中)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,下列说法正确的有(　　)
[A] 只要A线圈中输入电流,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线圈中的电流越大,B线圈中的感应电动势越大
[D]A线圈中的电流变化越快,B线圈中的感应电动势越大
【答案】 BD
【解析】 若A线圈中输入恒定的电流,则A线圈产生恒定的磁场,B线圈中的磁通量不发生变化,根据感应电流产生的条件知,B线圈中不会产生感应电动势,A错误;若A线圈中输入变化的电流,根据法拉第电磁感应定律E=n可知,B线圈中会产生感应电动势,A线圈中电流变化得越快,A线圈中电流产生的磁场变化得越快,B线圈中的感应电动势越大,故B、D正确,C错误.
3.如图甲是电动公交车无线充电装置,供电线圈设置在充电站内,受电线圈和电池系统置于车内.供电线路与220 V交流电源相连,将受电线圈靠近供电线圈,无需导线连接,蓄电池便可以充电(如图乙所示),下列说法正确的是(　　)
[A] 供电线圈和受电线圈无导线连接,所以传输能量时没有损失
[B]用塑料薄膜将供电线圈包裹起来之后,仍能为蓄电池充电
[C]无线充电的原理是利用供电线圈发射电磁波传输能量
[D]充电时,供电线圈的磁场对受电线圈中的电子施加磁场力的作用,驱使电子运动
【答案】 B
【解析】 供电线圈和受电线圈是利用互感传输能量,不是发射电磁波,由于线圈存在电阻,传输过程有漏磁等,故传输能量时有损失,A、C错误;磁场能穿过塑料薄膜,故用塑料薄膜将供电线圈包裹起来之后,仍能为蓄电池充电,B正确;充电时,供电线圈产生的变化的磁场穿过受电线圈,引起受电线圈磁通量的变化,产生感应电流,D错误.
知识点二　自感现象　自感电动势及自感系数
4.下列关于自感系数及自感电动势的说法中正确的是(　　)
[A] 通过线圈的电流为最大值的瞬间,自感电动势最大
[B]电流变化越大,自感电动势越大
[C]线圈中的电流变化越快,其自感系数越大
[D]线圈内插入铁芯,其自感系数增大
【答案】 D
【解析】 由E=L可知,自感电动势的大小与电流的变化率成正比,与电流的大小及电流变化的大小无关,故A、B错误;线圈的自感系数仅由线圈自身的因素决定,如线圈的横截面积、长度、单位长度上的线圈匝数、有无铁芯等,与其他因素无关,故C错误,D正确.
5.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,通常采用双线并绕的方法,如图所示.其原理是(　　)
[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,两股导线中电流在线圈中产生的磁通量相互抵消
[D]以上说法都不对
【答案】 C
【解析】 由于采用双线并绕的方法,当有电流通过时,两股导线中的电流方向相反,不管电流怎样变化,任何时刻两股导线中的电流总是等大反向的,在线圈中产生的磁通量相互抵消,故穿过线圈的总磁通量等于零,在该线圈中不会产生电磁感应现象,因此消除了自感现象,选项A、B、D错误,C正确.
6.(2025·广东广州高二下期末)某同学为了观察断电自感现象,找来带铁芯线圈L、小灯泡L、开关S和电池组E,用导线将它们连成如图电路.检查电路后,闭合开关S,小灯泡L正常发光;再断开开关S,小灯泡L未能出现闪亮现象.你认为可能的原因是(　　)
[A] 线圈的电阻偏大
[B]小灯泡L的电阻偏大
[C]电源的电动势偏小
[D]线圈的自感系数偏大
【答案】 A
【解析】 由电路图可知,小灯泡与线圈并联后接入电路,断开开关的瞬间,小灯泡L中原来的电流消失;根据楞次定律,线圈产生自感电动势,与小灯泡L组成闭合电路,所以流过小灯泡L的电流从线圈原来的电流逐渐减小,小灯泡L不发生闪亮现象,说明电路中的电流稳定时流过小灯泡L的电流较大,流过线圈的电流较小,根据欧姆定律I=,可知灯泡不发生闪亮的原因是线圈的电阻值大于灯泡的电阻值,电源的电动势偏小不能改变稳定时小灯泡L和线圈中的电流的大小关系;线圈的自感系数较大,产生的自感电动势较大,但不能改变稳定时小灯泡L和线圈中电流的大小关系.故A正确,B、C、D错误.
7.某同学为对比电感线圈和小灯泡对电路的影响,他设计了如图甲所示的电路,电路两端电压U恒定,A1、A2为完全相同的电流传感器.先闭合开关S得到如图乙所示的it图像,等电路稳定后,断开开关(断开开关的实验数据未画出).下列关于该实验的说法正确的是(　　)
　　　　　 甲　　　　　　　　　　乙
[A] 闭合开关时,自感线圈中电流为零,其自感电动势也为零
[B]图乙中的a曲线表示电流传感器A2测得的数据
[C]断开开关时,小灯泡会明显闪亮后逐渐熄灭
[D]t1时刻小灯泡与线圈的电阻相等
【答案】 D
【解析】 闭合开关的瞬间,自感线圈中的电流为零,但由于电流变化,自感电动势不为零,故A错误;A2中的电流等于通过自感线圈的电流,通过自感线圈的电流从零开始逐渐增大,最后趋于稳定,故A2测得的数据应为题图乙中b曲线,故B错误;断开开关前,两支路中电流相等,刚断开开关时,通过线圈的电流不变,故小灯泡不会发生明显闪亮,而是逐渐熄灭,故C错误;t1时刻,两支路中电压相等,电流相等,则电阻相等,即小灯泡与线圈的电阻相等,故D正确.
8.(多选)在如图所示的电路中,L是一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈,D1、D2和D3是三个完全相同的灯泡,E是内阻不计的电源.在t=0时刻,闭合开关S,电路稳定后在t1时刻断开开关S.规定以电路稳定时流过D1、D2的电流方向为正方向,分别用I1、I2表示流过D1、D2的电流,则下列图像中能定性描述电流随时间变化关系的是(　　)
[A] [B]
[C] [D]
【答案】 BC
【解析】 当闭合开关S后,因为线圈与D1串联,所以电流I1会慢慢增大,最后达到最大值;当开关断开,因为线圈阻碍电流的减小且方向不变,所以通过D1的电流不会立即消失,会从原来的大小慢慢减小到零,A错误,B正确.当闭合开关,灯泡D2这一支路立即就有电流,由于L是一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈,稳定后则有I1=2I2;当开关断开时,D2这一支路原来的电流立即消失,但线圈与D1和D2、D3构成回路,通过D1的电流也流过D2,所以I2变成反向,且逐渐减小到零,C正确,D错误.
(选择题每题9分)
9.(2025·广东广州高二下期中)小明同学利用如图所示的电路采用伏安法测定线圈的直流电阻(自感系数较大的线圈一般都有直流电阻).在实验测量完毕后,他将电路拆去时先断开开关S1,再断开开关S2,对他的操作步骤,正确的判断是(　　)
[A] 他的操作步骤正确,其目的是可以同时保护两个电表
[B]他的操作步骤不正确,应先断开开关S2,确保电压表安全
[C]他的操作步骤不正确,应先断开开关S2,确保电流表安全
[D]他的操作步骤不正确,应先拆去电流表,确保电流表安全
【答案】 B
【解析】 若先断开开关S1,再断开开关S2,则由于线圈中电流突然减小,则会产生很大的自感电动势加在电压表两端,可能会毁坏电压表,则他的操作步骤不正确,应先断开开关S2,确保电压表安全.故选B.
10.在如图所示的电路中,三个灯泡L1、L2、L3的电阻关系为R1[A] L1逐渐变暗,L2、L3均先变亮,然后逐渐变暗
[B]L1逐渐变暗,L2立即熄灭,L3先变亮,然后逐渐变暗
[C]L2立即熄灭,L1、L3均逐渐变暗
[D]L1、L2、L3均先变亮,然后逐渐变暗
【答案】 B
【解析】 开关S从闭合状态突然断开时,L中产生自感电动势,L1逐渐变暗,L2立即熄灭(理想二极管单向导电),L3先变亮后逐渐变暗(L3中的原电流小于L1中的电流),选项B正确.
11.(2025·广东东莞高二下期中)如图所示,灯泡1和灯泡2是两个电阻值均为R的完全相同的小灯泡,滑动变阻器接入电路的阻值为R0.L是一个自感很大的线圈,它的电阻值为RL,RL[A] 开关闭合的瞬间,灯泡1和灯泡2一样亮
[B]闭合开关待电路稳定后,灯泡1比灯泡2亮
[C]开关断开的瞬间,通过灯泡1和灯泡2的电流相等
[D]开关断开的瞬间,灯泡2立即熄灭,灯泡1先闪亮一下再熄灭
【答案】 D
【解析】 开关闭合的瞬间,通过自感线圈的电流增大,线圈中产生的感应电动势阻碍电流的增大,由于L是一个自感很大的线圈,故此刻可认为该支路无电流通过,故通过灯泡1的电流大于通过灯泡2的电流,即灯泡1比灯泡2亮,A错误;闭合开关待电路稳定后,由于RL12.(15分)某校物理研究学习小组的某同学用如图所示的电路研究自感现象.
(1)(每空3分)该同学用图中两个电路研究通电自感和断电自感现象,图中L是一带铁芯的线圈,直流电阻忽略不计,A、B是额定电压均为1.5 V的灯泡,直流电源为一节新的干电池,实验过程中有可能会观察到的现象:①慢慢变亮,然后亮度不变;②立即变亮,然后亮度不变;③立即变亮,然后慢慢熄灭;④慢慢熄灭;⑤立即熄灭;⑥闪亮一下,然后慢慢熄灭.
两电路开关S闭合后,小灯泡A将　　　,小灯泡B将　　　;S断开后,小灯泡A将　　　,小灯泡B将　　　　.请将该同学观察到的实验现象对应的序号填在相应的横线上.
(2)(3分)假设图乙中线圈L和小灯泡B的电阻相同,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,则通过灯泡的电流I随时间t变化的图线可能是图中的　　　　.
[A] 　 　 [B]
[C]　 　 [D]
【答案】 (1)①　③　⑤　⑥　(2)D
【解析】 (1)题图甲电路中开关S闭合后,线圈L中产生自感电动势阻碍电流的增加,小灯泡A将慢慢变亮,电路稳定后,电路中的电流不变,小灯泡A的亮度不变,故选①;题图乙电路中开关S闭合的瞬间,电压同时加在两个支路上,小灯泡B有电流通过,立即变亮,线圈L中产生自感电动势阻碍电流的增加,电路稳定后,线圈电阻可以忽略,小灯泡B被短路,然后熄灭,故选③;题图甲电路中S断开后,线圈虽然产生自感电动势,但电路中没有闭合回路,小灯泡A将立即熄灭,故选⑤;题图乙电路中S断开后,线圈L中产生自感电动势阻碍电流的减小,在线圈与小灯泡B构成的闭合回路中产生感应电流,S断开前通过线圈的电流大于通过小灯泡B的电流,故S断开后,小灯泡B闪亮一下,然后慢慢熄灭,故选⑥.
(2)题图乙电路中开关S原来闭合,电路处于稳定状态,流过灯泡B的电流方向向左,大小为I1,线圈L支路中的电流I1的方向也向左.当某一时刻开关S突然断开时,线圈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,在线圈与小灯泡B构成的闭合回路中产生感应电流,通过小灯泡B的电流方向与原来相反,变为向右,并从I1开始逐渐减小到零,故题图D符合要求.(共23张PPT)
第四节　互感和自感
[学习目标]　
1.了解并区分互感现象和自感现象,知道自感电动势、自感系数等概念,深化对电磁感应规律的理解.
2.经历通电自感和断电自感等实验探究,分析自感的产生机理,培养科学探究意识和能力.
「情境导学」
知识点一　互感现象
图甲、乙分别是互感现象实验原理图和无线通信演示实验示意图.请思考:
(1)图甲实验B线圈为什么产生了感应电流 B线圈内感应电流的变化会不会在A线圈内引起感应电流
提示:(1)A线圈中电流发生变化,它产生的变化的磁场在B线圈中激发出了感应电流.根据对称性思想,B线圈中感应电流的变化,同时也会在A线圈中产生相应的感应电流.
(2)图乙在没有电源的电路中为何会有电流产生 图乙与图甲两个电路之间有何相似之处 有何区别
提示:(2)与收音机连接的线圈L1中电流变化,在周围空间激发变化的磁场,变化的磁场在线圈L2和喇叭组成的回路中引起感应电流.题图甲、乙中的两线圈均没有直接连接.题图甲中两线圈绕在同一个铁芯上,题图乙中则没有.
「知识整合」
1.互感和互感电动势
两个相互靠近但导线不相连的线圈A、B,当线圈A中的电流发生变化时,它产生的 在线圈B中激发出了 .根据对称性思想,线圈B中感应电流的变化,同时也会在线圈A中产生相应的感应电动势,这种现象称为互感,所产生的感应电动势称为 .
2.应用
互感现象可以把能量从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 制成的.
变化的磁场
感应电动势
互感电动势
互感现象
3.危害
互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间.在电子电路中,互感现象有时会影响电路的正常工作.
易错辨析
(1)两线圈相距较近时,可以产生互感现象,相距较远时,不可以产生互感现象.
(　 　)
(2)手机无线充电技术就是互感的应用.(　 　)
(3)在实际生活中, 互感现象都是有益的.(　 　)
(4)利用互感现象可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈.(　 　)
×
√
×
√
[例1] (互感现象的应用)某同学通过学习电磁感应的相关知识,利用实验室里的线圈自制了一个放大版的手机扬声器,装置如图所示.两个匝数不同的线圈A、B之间没有导线相连,线圈A与手机的音频输出端连接,线圈B与音响连接.为检验该装置是否能正常工作及其播放效果,现将线圈A插入线圈B中,则下列说法正确的是(　　)
[A] 因A、B两线圈之间未用导线连通,所以该扬声装置不可能发出声音
[B]线圈B中产生变化的电流使音响发声
[C]将线圈A、B互换,音响的播放效果不变
[D]在线圈A靠近线圈B时,音响的播放效果不变
B
【解析】 该装置采用了互感原理,如果线圈A中为交变电流信号,则在线圈B中产生的感应电流也为变化的电流,音响能发出由手机输出的声音,故A错误,B正确;由于两线圈的匝数不同,所以将两线圈互换时,音响的播放效果不同,故C错误;在线圈A靠近线圈B时,线圈B处的磁场变强,感应电流变大,音响的播放效果将会更好,故D错误.
知识点二　自感现象　自感电动势及自感系数
「情境导学」
图甲、乙分别是探究通电时的自感现象和断电自感现象的实验电路图.
提示:(1)闭合开关S时,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.
(2)如图乙,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 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 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相同还是相反
提示:(2)更慢些.逆时针方向.相反.
(1)图甲中闭合开关S时能看到什么现象 产生的原因是什么
1.自感现象:由于线圈本身的电流变化而产生的 现象,遵循法拉第电磁感应定律和楞次定律.
2.自感电动势:在 现象中产生的感应电动势.
「知识整合」
电磁感应
自感
大
自感系数
①自感系数的单位: ,简称亨,符号是H.常用单位还有毫亨(mH)和微亨(μH).1 H= mH= μH.
②自感系数大小的决定因素:与线圈的 、 、 以及是否有 等因素有关.
亨利
103
106
形状
长短
匝数
铁芯
3.通电自感和断电自感
项目 电路 现象 线圈中电流的变化规律 自感电动势的作用
通电 自感 开关S闭合瞬间,灯泡L2 正常发光,灯泡L1 地亮起来 阻碍电
流的增加
立刻
逐渐
断电 自感 在电路中,断开开关S的瞬间,灯泡L2 熄灭,灯泡L1会 熄灭 阻碍电
流的减少
立即
逐渐
4.自感现象中灯泡亮度变化的问题
项目 与线圈串联的灯泡 与线圈并联的灯泡
电路图
通电时 电流逐渐增大,灯泡逐渐变亮 电流I1突然变大,然后逐渐减小达到稳定,灯泡突然变亮然后逐渐变暗,最后亮度不变
断电时 电流逐渐减小,灯泡逐渐变暗,电流方向不变 电路中稳态电流为I1、I2,若I2≤I1,灯泡逐渐变暗;若I2>I1,灯泡闪亮一下后逐渐变暗,两种情况灯泡电流方向均改变
5.自感现象中的能量转化
(1)闭合开关开始通电过程中,通过线圈的电流激发了磁场,一部分电能转化为磁场能储存在线圈的磁场中.
(2)断开电源后,磁场能又转化为电能,通过灯泡释放出来,转化为热和光消耗掉.
[例2] (自感现象) (2024·广东深圳高二下期末)某实验探究小组在实验室按图示电路探究自感现象,L是自感系数很大的、电阻可忽略的线圈.A和B是两个相同的小灯泡、闭合开关S,稳定后再断开.观察到的现象是(　　)
[A] 闭合开关S,B一直不亮
[B]闭合开关S,B逐渐变亮,最后稳定发光
[C]断开开关S,B亮一下后逐渐熄灭
[D]断开开关S,A亮一下后逐渐熄灭
C
【解析】 闭合开关S,立即就有了电流,灯泡B、A同时变亮,但线圈会产生自感电动势,电流缓慢增加,当电流稳定后线圈相当于直导线,灯泡B被短路,灯泡B熄灭.灯泡A更亮,故A、B错误;开关S断开时,灯泡A立即熄灭,线圈产生自感电动势,并和灯泡B构成闭合电路,灯泡B先闪亮后逐渐变暗,最后熄灭,故C正确,D错误.
[例3] (自感现象中的图像问题)如图所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,线圈L的电阻不计,电阻R的阻值大于灯泡D的阻值.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S.下列选项图能正确表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像的是(　　)
B
[A] 　 　 [B] [C]　 　 [D]
【解析】 开关S闭合的瞬间,由于L的阻碍作用,由R与L组成的支路相当于断路,后来由于L的阻碍作用不断减小,相当于外电路并联部分的电阻不断减小,根据闭合电路欧姆定律可知,整个电路中的总电流增大,由U内=Ir得内电压增大,由UAB=E-Ir得路端电压UAB减小.电路稳定后,由于R的阻值大于灯泡D的阻值,所以流过L支路的电流小于流过灯泡D的电流.当开关S断开时,由于L的自感作用,流过灯泡D的电流立即与流过L的电流相等,与灯泡D原来的电流方向相反且逐渐减小,即UAB反向减小,选项B正确.
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