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(共33張PPT)
2.4 互感和自感
第二章 電磁感應(yīng)
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1.知道互感現(xiàn)象和自感現(xiàn)象的定義
2.知道自感系數(shù)是表示線圈本身特征的物理量，知道它的單位及其大小的決定因素
3.知道自感現(xiàn)象的利弊及其利用和防止理解
4.能夠通過(guò)電磁感應(yīng)的相關(guān)知識(shí)分析通、斷電自感現(xiàn)象的原因及磁場(chǎng)的能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題
觀察與思考
1
當(dāng)線圈靠近電磁爐時(shí)：燈泡為什么會(huì)發(fā)光？手機(jī)為什么能夠被充電？
1、當(dāng)一個(gè)線圈中電流變化，在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，稱為互感。互感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫互感電動(dòng)勢(shì)。
一、互感現(xiàn)象
原磁場(chǎng)方向
原磁通變化
感應(yīng)電流
感應(yīng)磁場(chǎng)
互感現(xiàn)象
2
城鄉(xiāng)變壓器
(2)應(yīng)用：傳遞能量和傳遞信息
安檢儀
無(wú)線充電
互感的危害與防止
應(yīng)用
影響因素：匝數(shù)、有無(wú)鐵芯、形狀、大小、相對(duì)位置等
實(shí)際上互感現(xiàn)象不僅發(fā)生于繞在同一鐵芯上的兩個(gè)線圈之間，也可以發(fā)生在任何兩個(gè)相互靠近的電路之間，影響電路的正常工作
手機(jī)發(fā)射出的無(wú)線電波（射頻電磁輻射），能使接收無(wú)線電的天線感生射頻電流。當(dāng)射頻電流在金屬導(dǎo)體間環(huán)流時(shí)，遇到銹蝕或接觸不良，就會(huì)產(chǎn)生射頻火花。
通過(guò)雙線繞法減少互感帶來(lái)的影響
在制作精密電阻時(shí)，為了消除使用過(guò)程中由于電流變化而引起的自感現(xiàn)象，采用雙線并繞的方法，如圖所示．其道理是(　　)
A．當(dāng)電路中的電流變化時(shí)，兩股導(dǎo)線產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)相互抵消
B．當(dāng)電路中的電流變化時(shí)，兩股導(dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)電流相互抵消
C．當(dāng)電路中的電流變化時(shí)，兩股導(dǎo)線中原電流的磁通量相互抵消
D．以上說(shuō)法都不對(duì)
練一練
C
思考與討論
1
線圈中電流發(fā)生變化，是否也會(huì)在自己的回路里產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)？
通電自感現(xiàn)象
2
閉合電鍵時(shí)
通電自感實(shí)驗(yàn)電路：
S閉合
線圈的電流I和磁通量φ增大
過(guò)程：
S
A1
I1
B原
B感
I1
R
I2
A2
反向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)
燈泡并不立即變亮
逐漸變亮
E
結(jié)論1:自感電動(dòng)勢(shì)的作用——“阻礙”原電流的增加，但最終沒(méi)有“阻止”其增加。
觀察與思考
2
(1)電鍵閉合瞬間你看到什么現(xiàn)象？
(2)你是否可以嘗試解釋這一現(xiàn)象？
斷電自感現(xiàn)象
3
電鍵斷開(kāi)時(shí)
斷電自感實(shí)驗(yàn)電路：
S
I
I
B原
I
B感
A
S斷開(kāi)
線圈的電流I、磁通量Φ減小
過(guò)程：
產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)
線圈與燈泡形成閉合回路
燈泡并不立即熄滅
結(jié)論2:自感電動(dòng)勢(shì)的作用——“阻礙”原電流的減少，但最終沒(méi)有“阻止”其減少。
觀察與思考
3
(1)電鍵斷開(kāi)瞬間你看到什么現(xiàn)象？
(2)你是否可以嘗試解釋這一現(xiàn)象？
斷電自感實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解釋
3
(2)閃亮一下的原因
分析： 斷電前根據(jù)電路中并聯(lián)規(guī)律，若線圈L的電阻小于燈泡的電阻，則有IL＞IA，斷電后，線圈L由于自感作用，將阻礙自身電流的減小，結(jié)果線圈中的電流IL反向流過(guò)燈泡，然后逐漸減弱，所以有燈閃亮一下再熄滅的現(xiàn)象出現(xiàn)。
斷開(kāi)前
斷開(kāi)后
L
L
A
A
思考與討論
3
斷電時(shí)，與線圈并聯(lián)的燈泡一定會(huì)閃亮一下后在慢慢熄滅嗎？
(1)不能認(rèn)為任何斷電現(xiàn)象燈都會(huì)閃一下
①當(dāng)IL>IA時(shí)，會(huì)閃一下，再逐漸熄滅;
②當(dāng)IL(2)原來(lái)的IL和IA哪一個(gè)大，要由L的直流電阻RL與燈泡的電阻RA的大小來(lái)決定。
①如果RL≥RA，則IL≤IA；
②如果RLIA。
自感電動(dòng)勢(shì)的方向
4
（1）導(dǎo)體電流增加時(shí)，阻礙電流增加，此時(shí)自感電動(dòng)勢(shì)方向與原電流方向相反；
（2）導(dǎo)體電流減小時(shí)，阻礙電流減小，此時(shí)自感電動(dòng)勢(shì)方向與原電流方向相同.
增 反 減 同
開(kāi)關(guān)閉合時(shí)電流是逐漸增大的
開(kāi)關(guān)閉合時(shí)電流是瞬間增大
三、用電流傳感器顯示自感對(duì)電流的影響
用傳感器演示自感對(duì)電路中電流的影響
5
探究：自感電動(dòng)勢(shì)的大小與哪些因素有關(guān)？
回憶
法拉第電磁感應(yīng)定律
自感電動(dòng)勢(shì)的大小為
決定線圈自感系數(shù)大小的因素有線圈的大小、形狀、匝數(shù)以及是否有鐵芯等。
由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，
∵，，
∴，
∴，即自感電動(dòng)勢(shì)正比于電流的變化率。
寫成等式為，其中即為自感系數(shù)，單位為亨利（H）。
自感系數(shù)
2
（2）決定因素
線圈的圈數(shù)
是否有鐵芯
線圈的大小
線圈的形狀
亨利（H）
（1）物理意義:
（3）單位：
描述線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)本領(lǐng)大小的物理量
毫亨（m H） 微亨（μH） 1H=103mH=106 μH
L 小
L 大
電感和電阻對(duì)電流的阻礙作用的區(qū)別是什么？
物理量
比較內(nèi)容
阻礙電流的變化 阻礙電流
產(chǎn)生自感現(xiàn)象 導(dǎo)體發(fā)熱
電感越大，電流變化越快，對(duì)電流變化的阻礙作用越大，產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)越大 電阻越大，對(duì)電流的阻礙作用越大
線圈的大小、形狀、匝數(shù)，有無(wú)鐵芯 導(dǎo)體長(zhǎng)度、橫截面積、電阻率
電感和電阻都是反映導(dǎo)體本身性質(zhì)的物理量
小結(jié)
自感現(xiàn)象的四大特點(diǎn)
①自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙導(dǎo)體中原電流的變化；
②通過(guò)線圈的電流不能發(fā)生突變，只能緩慢變化；
③電流穩(wěn)定時(shí)，自感線圈就相當(dāng)于普通導(dǎo)體；
④線圈的自感系數(shù)越大，自感現(xiàn)象越明顯，自感電動(dòng)勢(shì)只是延緩了過(guò)程的進(jìn)行，但它不能使過(guò)程停止，更不能使過(guò)程反向。
電路變化瞬間，自感線圈保持原有的電流方向
表征線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)本領(lǐng)的大小
按上圖連接電路，閉合開(kāi)關(guān)，等燈泡的亮度穩(wěn)定后，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，觀察到什么現(xiàn)象？
實(shí)驗(yàn)探究：磁場(chǎng)的能量
實(shí)驗(yàn)裝置：電源、自感線圈、開(kāi)關(guān)、燈泡及若干線圈。
如圖所示
發(fā)現(xiàn)：燈泡緩慢地熄滅。
分析
有電流就有磁場(chǎng)，線圈仍具有磁場(chǎng)
開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，線圈中的電流并未立即消失
能量?jī)?chǔ)存在磁場(chǎng)中
開(kāi)關(guān)閉合，線圈中的電流
從無(wú)到有
線圈中的磁場(chǎng)也是從無(wú)到有
可以看作電源把能量輸送給磁場(chǎng)
小結(jié)
1.自感
（1）線圈中的電流從無(wú)到有時(shí)，磁場(chǎng)從無(wú)到有，電源把能量輸送給磁場(chǎng)，儲(chǔ)存在磁場(chǎng)中。
（2）線圈中的電流減小時(shí)，磁場(chǎng)中的能量釋放出來(lái)，轉(zhuǎn)化為電能。
2.斷電自感中，燈泡是否會(huì)閃亮問(wèn)題
①通過(guò)燈泡的自感電流大于原電流時(shí)，燈泡閃亮
②通過(guò)燈泡的自感電流小于或等于原電流時(shí)，燈泡不會(huì)閃亮
1.在學(xué)完“互感和自感”這節(jié)課后，三位同學(xué)合作完成了如下小實(shí)驗(yàn)：如圖，他們把一節(jié)電動(dòng)勢(shì)為1.5V的干電池、一個(gè)開(kāi)關(guān)，一個(gè)自感系數(shù)很大的線圈、若干導(dǎo)線及他們自己按圖示方式連接，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中人會(huì)有電擊的感覺(jué)。下列說(shuō)法正確的是( )
C
A.閉合開(kāi)關(guān)瞬間，人有觸電的感覺(jué)
B.斷開(kāi)開(kāi)關(guān)瞬間，流過(guò)這幾位同學(xué)的電流大于流過(guò)線圈L的電流
C.斷開(kāi)開(kāi)關(guān)瞬間，線圈兩端的電壓突然增大
D.斷開(kāi)開(kāi)關(guān)瞬間，流過(guò)人的電流方向?yàn)橛蒔→Q
案：C
解析：A.閉合開(kāi)關(guān)瞬間，人兩端的電壓只是電源兩端的電壓為1.5V，不足以觸電，A錯(cuò)誤；
B.斷開(kāi)開(kāi)關(guān)的瞬間，線圈由于自感，線圈和幾位同學(xué)組成閉合回路，流過(guò)幾位同學(xué)的電流與流過(guò)線圈的電流大小相等，B錯(cuò)誤；
C.斷開(kāi)開(kāi)關(guān)瞬間，由于電流變化太快，導(dǎo)致線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)非常大，所以線圈兩端電壓會(huì)變大，C正確；
D.線圈中電流與原方向相同，自左向右，因此在人的那條線路上電流方向?yàn)橛蒕→P，D錯(cuò)誤。
故選C。
1.如圖所示，L為自感系數(shù)較大的線圈，電路穩(wěn)定后小燈泡正常發(fā)光，當(dāng)斷開(kāi)電鍵的瞬間會(huì)有（ ）
A.燈A立即熄滅
B.燈A慢慢熄滅
C.燈A突然閃亮一下再慢慢熄滅
D.燈A突然閃亮一下再突然熄滅
L A
A
1．在空間站進(jìn)行實(shí)驗(yàn)可以克服來(lái)自地球磁場(chǎng)及電場(chǎng)的干擾，使得物理現(xiàn)象更為準(zhǔn)確和明顯。為了研究電感現(xiàn)象，宇航員在空間站進(jìn)行如圖所示的研究。在圖中，L為自感系數(shù)較大的電感線圈，且電阻不計(jì)，A、B為兩個(gè)完全相同的燈泡，且它們的額定電壓均等于電源的電動(dòng)勢(shì)。則（ ）
A．?dāng)嚅_(kāi)K以后，A熄滅，B亮后再熄滅
B．?dāng)嚅_(kāi)K以后，B變得更亮，A緩慢熄滅
C．合上K的瞬間，A亮，B后亮
D．合上K的瞬間，B先亮，A后亮
課堂練習(xí)
01
A
課堂練習(xí)
02
2．在如圖所示的電路中，兩個(gè)完全相同的小燈泡L1和L2分別串聯(lián)一個(gè)帶鐵芯的電感線圈L和一個(gè)滑動(dòng)變阻器R。閉合開(kāi)關(guān)S待電路穩(wěn)定后，調(diào)整R的滑片使L1和L2亮度一樣，此時(shí)通過(guò)兩個(gè)燈泡的電流均為I。在t0時(shí)刻斷開(kāi)S，能正確反映t0前后的一小段時(shí)間內(nèi)通過(guò)L1的電流i1和通過(guò)L2的電流i2隨時(shí)間t變化關(guān)系的是（ ）
C
3．如圖所示，電感線圈L的自感系數(shù)足夠大，其直流電阻忽略不計(jì)，LA、LB是兩個(gè)相同的燈泡，且在下列實(shí)驗(yàn)中不會(huì)燒毀，電阻R2阻值約等于R1的兩倍，則（　　）
A．閉合開(kāi)關(guān)S時(shí)，LA、LB同時(shí)達(dá)到最亮，且LB更亮一些
B．閉合開(kāi)關(guān)S時(shí)，LA、LB均慢慢亮起來(lái)，且LA更亮一些
C．?dāng)嚅_(kāi)開(kāi)關(guān)S時(shí)，LA慢慢熄滅，LB馬上熄滅
D．?dāng)嚅_(kāi)開(kāi)關(guān)S時(shí)，LA慢慢熄滅，LB閃亮后才慢慢熄滅
課堂練習(xí)
03
D
4．如圖所示的電路中，電感L的自感系數(shù)很大，電阻可忽略，D為理想二極管，則下列說(shuō)法正確的有（　　）
A．當(dāng)S閉合時(shí)，L1立即變亮，L2逐漸變亮
B．當(dāng)S閉合時(shí)，L1一直不亮，L2逐漸變亮
C．當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，L2立即熄滅
D．當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，L1L2都突然變亮，然后逐漸變暗至熄滅
課堂練習(xí)
04
B

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