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2.4 互感和自感
第二章 電磁感應
一、互感現象
兩個不相連的電路，
當一個線圈中的電流變化時，
它所產生的變化的磁場會在另一個線圈中產生感應電動勢。
互感電動勢：互感中產生的電動勢
1.定義：
本質：一種電磁感應現象
2. 應用
互感現象可以把能量由一個線圈傳遞到另一個線圈，變壓器、收音機的“磁性天線”就是利用互感現象制成的。
無線充電
變壓器
能量轉化
電能
磁場能
電能
內能
這種由于導體自身的電流變化所產生的電磁感應現象是一種特殊的電磁感應現象
思考：
3、在圖中接通Ｓ，線圈自身會不會產生感應電動勢？為什么
A
S
二、自感現象
1.定義
當一個線圈中的電流變化時，它所產生的變化的磁場在線圈本身激發出感應電動勢的現象。
2.自感電動勢：由于自感而產生的感應電動勢。
自感電動勢有啥作用？
實驗一：通電自感
A1、A2 使用規格完全一樣的燈泡。
閉合電鍵S，調節變阻器 R 和 R1 ，使A1、A2亮度相同且正常發光.
然后斷開開關S。
重新閉合S，觀察到什么現象？

A1
A2
通電自感
滑動變阻器
線圈
S接通
穿過線圈的電流I 增大
穿過線圈的磁通量增大
線圈產生感應電動勢
A1燈逐漸亮
阻礙原電流增大
實驗一：通電自感
現象：在閉合開關Ｓ瞬間，燈A2立刻正常發光，A1卻緩慢發光，比A2遲一會兒才正常發光。
結論1:電流增大時，線圈的自感電動勢“阻礙”原電流的增大，方向與線圈中原電流方向相反
分析A1燈:
A2
A1
接通電路，待燈泡A正常發光。然后斷開電路，觀察到什么現象？
實驗二：斷電自感
斷電自感
線圈
現象分析
為什么燈不是立即熄滅，而要閃亮一下才熄滅
斷電自感
實驗二：斷電自感
實驗二：斷電自感
現象：S斷開時，A 燈突然閃亮一下才慢慢熄滅。
S斷開
穿過線圈的電流I 減小
穿過線圈的磁通量減小
線圈產生感應電動勢
燈逐漸熄滅
阻礙電流減小（補償）
分析A燈:
結論2:電流減小時，線圈的自感電動勢“阻礙”原電流的減小，方向與線圈中原電流方向相同.
注意： “阻礙”不是“阻止”，電流原來怎么變化還是怎么變，只是變化變慢了，即對電流的變化起延遲作用。
3、自感電動勢的作用：阻礙導體中原電流的變化。
做一做
用電流傳感器顯示自感對電流的影響
電流傳感器
A
L
S
IA
IL
斷電自感的進一步實驗和解釋
（1）若 RL=RA相等，請定性作出IA、IL時間變化圖像？
iL
t
O
iA
t
O
電流傳感器
A
L
S
IA
IL
斷電自感的進一步實驗和解釋
（2）若 RL 遠小于RA ，請定性作出IA、IL時間變化圖像？
iL
t
O
iA
t
O
L
A
E
S
IA
IL
當IL>IA則，燈泡就會閃亮一下再熄滅
當IL≤IA則，燈泡就會緩慢的熄滅
②原來的 IL 和 IA 哪一個大，由 L 的直流電阻 RL 與 A 的電阻 RA 的大小來決定。
如果 RL < RA，則 IL > IA；
如果 RL ≥ RA，則 IL ≤ IA。
①不能認為任何斷電現象燈都會閃一下
注意！
RA
RL
1
2
L
A1
A2
R
S
R1
同樣的
當IL>IA2則，A2就會閃亮一下再熄滅，A1 ？
當IL≤IA2則，A2就會緩慢的熄滅，A1 ？
③斷電實驗中，線圈的電流方向不變，而燈電流方向與原來方向相反。
自感電動勢的大小與什么因素有關？
1、自感電動勢的大小：與電流的變化率成正比
L自感系數 －簡稱自感或電感
實驗表明，磁場的強弱正比于電流的強弱，也就是說，磁通量的變化正比于電流的變化。因此，自感電動勢正比于電流的變化率
描述線圈產生自感電動勢本領大小的物理量
2.決定因素
線圈的圈數
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：
甲 一條導線彎了幾匝的線圈
乙 空芯線圈，
丙 在鐵芯上繞了幾千匝的線圈，
甲
乙
丙
三、自感系數
例：關于線圈的自感系數，下面說法正確的是(　　)
A．線圈的自感系數越大，自感電動勢就一定越大
B．線圈中電流等于零時，自感系數也等于零
C．線圈中電流變化越快，自感系數越大
D．線圈的自感系數由線圈本身的因素及有無鐵芯決定
②自感系數是由線圈本身的因素及有無鐵芯決定的
①自感電動勢的大小與自感系數有關還與電流的變化率有關
自感現象的應用
鎮流器——產生高壓
L
E
S
C
震蕩電流——發射電波
L很大
自感現象的防止
油浸開關
雙線繞法
例1：L是自感系數很大的線圈，但其自身的電阻幾乎為0。A和B是兩個相同的小燈泡。
(1)當開關S由斷開變為閉合時，A、B兩個燈泡的亮度將如何變化
2)當開關S由閉合變為斷開時，A、B兩個燈泡的亮度又將如何變化
L
B
A
S
解：1、當開關由斷開變為閉合時，兩燈立即有電壓，同時發光，由于線圈的電阻很小，B燈被線圈短路，由亮變為變暗直到不亮；A燈由亮變為更亮。
2、當開關斷開時，A燈沒有了電壓立即熄滅；當電流減少，線圈產生自感電動勢，相當于電源，給B燈提供短暫的電流使B燈先亮一下，再緩慢熄滅。
例2：在如圖所示的甲、乙電路中，電阻R和燈泡電阻值相等，自感線圈L的電阻值可認為是零．在接通開關S時，則(　　)
A．在電路甲中，A將漸漸變亮
B．在電路甲中，A將先變亮，后漸漸變暗
C．在電路乙中，A將漸漸變亮
D．在電路乙中，A將由亮漸漸變暗，后熄滅
②在電路甲中,通過燈泡的電流只能慢慢增加
③在電路乙中,通過自感線圈的電流逐漸增加,而通過燈泡的電流逐漸減小,流過線圈的電流最大時，通過燈泡的電流可以認為是零
①自感線圈產生自感電動勢來阻礙電流的流入
例3：如圖所示，L為自感系數較大的線圈，電阻很小，電路穩定后，當斷開開關S的瞬間會有什么現象（ ）
A．甲中，燈A立即熄滅　　　　　
B．乙中，燈A慢慢熄滅
C．甲中，燈A突然閃亮一下再慢慢熄滅　　
D．乙中，燈A突然閃亮一下再慢慢熄滅
A
AD
甲
解析：甲電路，開關斷開后沒有構成閉合回路，所以燈立即滅；乙中由于電感電阻小，流過的電流很大，所以開關斷開后燈突然閃亮，再滅。
四、磁場的能量
在圖2.4-3的實驗中，開關斷開后，燈泡的發光還能維持一小段時間，有時甚至會比開關斷開之前更亮。這時燈泡的能量是從哪里來的
L
A
E
S
開關閉合時線圈中有電流，電流產生磁場，能量儲存在磁場中，開關斷開時，線圈的作用相當于電源，把儲存在磁場中的能量轉化成電能。
當線圈通電瞬間和斷電瞬間，自感電動勢都要阻礙線圈中電流的變化，使線圈中的電流不能立即增大到最大值或不能立即減小為零 。
電的“慣性”大小決定于線圈的自感系數
1、線圈能夠體現電的“慣性”，應該怎樣理解？
2、電的“慣性”大小與什么有關？
課堂小結
1.互感現象：兩個不相連的電路，當一個線圈中的電流變化時，它所產生的變化的磁場會在另一個線圈中產生感應電動勢。
2.自感現象：當一個線圈中的電流變化時，它所產生的變化的磁場在線圈本身激發出感應電動勢的現象。
①通電自感與斷電自感現象
當IL>IA則，燈泡就會閃亮一下再熄滅，當IL≤IA則，燈泡就會緩慢的熄滅
②斷電自感與小燈泡的閃亮
③通電自感與斷電自感的電流變化
斷電前線圈與燈泡串聯，則I感與I原同向。斷電前線圈與燈泡并聯，則I感與I原反向。
3.自感系數L：來描述電感線圈對其中電流的阻礙作用。
由線圈結構決定
自感系數的決定因素：
大小，形狀，疏密，圈數，鐵芯
，與電流無關
①通電自感
：電能中的一部分儲存在電感線圈中。
②斷電自感
：電感線圈中儲存的能量被釋放出來。
4.磁場的能量：儲存在磁場中的能量
1．如圖甲所示，A、B兩絕緣金屬環套在同一鐵芯上，A環中電流iA隨時間t的變化規律如圖乙所示，下列說法中正確的是(　　)
A．t1時刻，兩環作用力最大
B．t2和t3時刻，兩環相互吸引
C．t2時刻兩環相互吸引，t3時刻兩環相互排斥
D．t3和t4時刻，兩環相互吸引
t1時刻感應電流為零，故兩環作用力為零，則A錯誤
t2和t3時刻A環中電流在減小，則B 環中產生與A環中同向的電流，故相互吸引，B正確、C錯誤
t4時刻A中電流為零，兩環無相互作用．D錯．
課堂練習
2.如圖所示，L是自感系數很大的線圈，但其自身的電阻較小，則：
(1)當開關S由斷開變為閉合時，A燈泡的亮度將如何變化？
S
A
馬上亮，然后慢慢熄滅
閃亮一下，然后慢慢熄滅
L
(2)當開關S由閉合變為斷開時，A燈泡的度又將如何變化？
3、實驗一中，當電鍵閉合后，通過燈泡A1的電流隨時間變化的圖像為 ___圖；通過燈泡A2的電流隨時間變化的圖像為___圖。
I
t
I
t
I
t
I
t
A B C D
C
A

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