2016新课标三维人教物理选修3-2 第四章 电磁感应 第6节 互感和自感 下载本文

第6节

互感和自感

1.当一个线圈中的电流变化时,会在另一个线圈中产生感应电动势,这种现象叫互感,互感的过程是一个能量传递的过程。

2.一个线圈中的电流变化时,会在它本身激发出感应电动势,叫自感电动势,自感电动势的作用是阻碍线圈自身电流的变化。

ΔI

3.自感电动势的大小为E=L,其中L为自感

Δt

系数,它与线圈大小、形状、圈数,以及是否有铁芯等因素有关。

4.当电源断开时,线圈中的电流不会立即消失,说明线圈中储存了磁场能。

一、互感现象 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。产生的电动势叫做互感电动势。

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。

3.危害

互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间。在电力工程和电子电路中,互感现象有时会影响电路正常工作。

二、自感现象和自感系数 1.自感现象

当一个线圈中的电流变化时,它产生的变化的磁场在它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。

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3.通电自感和断电自感

电 路 现 象 自感电动势的作用 通电自感 断电自感 4.自感电动势的大小

接通开关瞬间,灯泡A1逐渐地亮起来 断开开关瞬间,灯泡A逐渐变暗,直至熄灭 阻碍电流的增加 阻碍电流的减小 ΔI

E=L,其中L是自感系数,简称自感或电感,单位:亨利,符号为H。

Δt5.自感系数大小的决定因素

自感系数与线圈的大小、形状、圈数,以及是否有铁芯等因素有关。 三、磁场的能量

1.自感现象中的磁场能量

(1)线圈中电流从无到有时:磁场从无到有,电源的能量输送给磁场,储存在磁场中。 (2)线圈中电流减小时:磁场中的能量释放出来转化为电能。 2.电的“惯性”

自感电动势有阻碍线圈中电流变化的“惯性”。

1.自主思考——判一判

(1)两线圈相距较近时,可以产生互感现象,相距较远时,不产生互感现象。(×) (2)在实际生活中,有的互感现象是有害的,有的互感现象可以利用。(√) (3)只有闭合的回路才能产生互感。(×)

(4)线圈的自感系数与电流大小无关,与电流的变化率有关。(×)

(5)线圈自感电动势的大小与自感系数L有关,反过来,L与自感电动势也有关。(×) (6)线圈中电流最大的瞬间可能没有自感电动势。(√) 2.合作探究——议一议 (1)如何理解互感现象?

提示:互感现象是一种常见的电磁感应现象,它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,而且可以发生于任何相互靠近的电路之间。

(2)断电自感现象中,为什么有的灯泡逐渐熄灭,有的灯泡闪亮后再逐渐熄灭?

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提示:断电前,流过灯泡的电流I1取决于灯泡两端的电压和灯泡自身的电阻,断电后,流过灯泡的电流取决于线圈中的电流,设线圈中电流断电前为I2,断电后逐渐减小,则灯泡中电流也由I2逐渐减小。所以,若I2≤I1,灯泡中电流由I2逐渐减小,灯泡逐渐变暗;若I2>I1,灯泡中电流先增大后减小,灯泡闪亮后逐渐熄灭。

(3)断电自感现象中,在断开开关后,灯泡仍然亮一会,是否违背能量守恒定律? 提示:不违背。断电时,储存在线圈内的磁场能转化为电能,用以维持回路保持一定时间的电流,直到电流为零时,磁场能全部转化为电能并通过灯泡(或电阻)转化为内能,可见自感现象遵循能量守恒定律。

对通电自感的理解

如图4-6-1所示的电路,两灯泡规格相同,接通开关后调节电阻R,使两个灯泡亮度相同,然后断开电路,再次接通的瞬间:

图4-6-1

条件 S闭合的瞬间

[典例] 如图4-6-2所示,灯L1、L2完全相同,带铁芯的线圈L的电阻可忽略,则( )

现象 A2先亮 A1逐渐亮起 原因 由于A2支路为纯电阻,不产生自感现象 由于L的自感作用阻碍A1支路电流增大

图4-6-2

A.S闭合的瞬间,L1、L2同时发光,接着L1变暗,L2更亮,最后L1熄灭 B.S闭合瞬间,L1不亮,L2立即亮 C.S闭合瞬间,L1、L2都不立即亮

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