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第二章 電磁感應
2.4 互感和自感
——選修2——
學習目標
1、認識互感自感概念及其產生原因。
2、掌握互感自感的應用，會分析互感自感現象。
3、通過分析綜合，推理論證建立互感和自感的物理模型，并能 夠運用電磁感應，楞次定律等已有知識對新問題進行分析。
情景引入
兩個線圈A、B之間并沒有導線相連，線圈A與手機(或MP3等)的音頻輸出端連接，線圈B與擴音器的輸入端連接，把線圈A插入線圈B時就能在擴音器上聽見由手機輸出的聲音，這是為什么
情景引入
在法拉第最初發現電磁感應現象的實驗中，兩個線圈之間并沒有導線連接，但當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
法拉第
一、互感
1. 定義
兩個相互靠近的線圈，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的現象。產生的電動勢叫作互感電動勢。
利用互感現象可以把能量由一個線圈傳遞到另一個線圈，因此互感現象在電工技術和電子技術中有廣泛的應用，變壓器就是利用互感現象制成的。
一、互感
一、互感
能量轉化
電能
磁場能
電能
內能
應用：無線充電技術
一、互感
能量轉化
電能
磁場能
電能
內能
應用：金屬探測
一、互感
互感的危害與防止
在電力工程和電子電路中，互感現象有時會影響電路的正常工作，這時要求設法減小電路間的互感。
一、互感
互感的危害與防止
1、互感的防止電路板
2、線圈的雙線繞法
二、自感
自感：
當一個線圈中的電流變化時，它產生的變化的磁場線圈本身激發出感應電動勢，這種現象稱為自感。
由于自感而產生的感應電動勢叫做自感電動勢
二、自感
合作探究1
在電路中，兩個燈泡A1和A2的規格相同，A1與L線圈串聯后連接到電源上，A2與可調電阻R串聯后接到電源上。
先閉合開關S，調節電阻R，使兩個燈泡亮度相同，再調節可調電阻R1，使他們都正常發光，然后再斷開開關S。
二、自感
合作探究
問題:4：當開關閉合時兩燈泡的發光情況？
問題1：開關閉合時通過線圈的電流怎么變？
問題2：通過線圈的磁通量怎么變？
問題3：線圈中產生的感應電流的方向如何？
二、自感
R1
S
A1
A2
R
L
B原
IA1
IA2
B感
I感
現象：A1燈泡 ：
A2燈泡 ：
立即亮起來
逐漸變亮，最終一樣亮
二、自感
合作探究2
按圖連接電路，先閉合開關使燈泡發光，然后斷開開關。注意觀察開關斷開時燈泡的亮度。
二、自感
合作探究2
問題1：開關斷開時通過線圈的電流怎么變？
問題2：通過線圈的磁通量怎么變？
問題3：線圈中產生的感應電流的方向如何？
二、自感
合作探究2
開關閉合
開關斷開
二、自感
用電流傳感器收集開關斷開前后通過燈泡A、線圈L的電流IA、IL隨時間變化的數據：
（1）RL=RA
IA
IL
I
t
（2）RL 遠小于RA
IA
IL
I
t
二、自感
自感的利用與防止
（1）利用：日光燈鎮流器
（2）危害：電弧火花——燒蝕開關
（3）防止：使用油浸開關
三、自感系數
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
1、L 是自感系數，簡稱自感或電感
2、單位：亨利 H
3、L：與線圈的大小、形狀、圈數及有無鐵芯有關
四、磁場的能量
在的實驗中，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？
自感現象中的磁場能量
1、線圈中電流從無到有時：磁場從無到有，電源的能量輸送給磁場，儲存在磁場中。
2、線圈中電流減小時：磁場中的能量釋放出來轉化為電能。
四、磁場的能量
A.閉合開關S的瞬間，燈泡A先亮，燈泡B后亮，待電路穩定后，B燈泡熄滅
B.閉合開關S的瞬間，兩燈泡同時亮，待電路穩定后，B燈泡熄滅
C.閉合開關S，待電路穩定后，斷開開關S，則燈泡A立即熄滅，燈泡B不亮
D.閉合開關S，待電路穩定后，斷開開關S，則燈泡A逐漸變暗最后熄滅，燈泡B閃亮后再次熄滅
五、課堂檢測
6.某物理興趣小組的同學進行如圖所示的自感現象研究。在圖中，L為自感系數較大的電感線圈，且電阻忽略不計，A、B為兩個完全相同的燈泡，且它們的額定電壓均等于電源的電動勢。下列說法正確的是( )
五、課堂檢測
解析：AB.合上開關S的瞬間，自感線圈產生自感電動勢阻礙電流增大，由于電源電壓同時加到兩燈泡上，燈泡A、B同時亮，待電路穩定后，自感線圈電阻忽略不計，相當于導線，燈泡B被短路熄滅，燈泡A兩端電壓為電源電壓，變得更亮，故A錯誤，B正確；CD.閉合開關S，待電路穩定后，斷開開關S瞬間，燈泡A立即熄滅，自感線圈產生自感電動勢阻礙電流減小，在自感線圈與燈泡B間構成的閉合回路中產生感應電流，燈泡B閃亮一下后熄滅，故CD錯誤。故選B。
五、課堂檢測
1.圖是一種延時繼電器的示意圖。鐵芯上有兩個線圈A和B。線圈A跟電源連接，線圈B兩端連在一起，構成一個閉合電路。在斷開開關S的時候，彈簧K并不會立刻將銜鐵D拉起而使觸頭C（連接工作電路）離開，而是過一小段時間后才執行這個動作。延時繼電器就是因此而得名的。
（1）請解釋：當開關S斷開后，為什么電磁鐵還會繼續吸住銜鐵一小段時間？
（2）如果線圈B不閉合，是否會對延時效果產生影響？為什么？
五、課堂檢測
解析：（1）當開關S斷開使線圈A中的電流減小至消失時，鐵芯中的磁通量發生了變化（減小），從而在線圈B中激起感應電流，根據楞次定律，感應電流的磁場要阻礙原磁場減弱，這樣就使鐵芯中的磁場減弱得慢些。因此，彈簧K不能立即將銜鐵拉起，電磁鐵還會繼續吸住銜鐵小段時間。
（2）如果線圈B不閉合，電磁鐵就不會有延時作用。因為在線圈B中不會有感應電流產生，電磁鐵會立即失去磁性。
五、課堂檢測
2.李輝用多用表的歐姆擋測量一個變壓器線圈的電阻，以判斷它是否斷路。劉偉為了使李輝測量方便，沒有注意操作的規范，用兩手分別握住線圈裸露的兩端讓李輝測量。測量時表針擺過了一定角度，李輝由此確認線圈沒有斷路。正當李輝把多用表的表筆與被測線圈脫離時，劉偉突然驚叫起來，覺得有電擊感（如圖）。李輝很奇怪，用手摸摸線圈兩端，沒有什么感覺，再摸摸多用表的兩支表筆，也沒有什么感覺。這是什么原因？

五、課堂檢測
解析：多用表內的電池與變壓器線圈連通后形成了一定的電流，表筆與被測線圈脫離時，由于產生斷電自感，并且自感電動勢比較大，故劉偉有被電擊的感覺，一旦放電完畢，電動勢瞬間消失，李輝無任何感覺也就不足為怪了。
五、課堂檢測
3.如圖所示，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？請作出解釋。
（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？請作出解釋。
五、課堂檢測
解析：（1）當開關S由斷開變為閉合時，A、B兩燈同時亮。因為S閉合瞬時，L與燈B并聯的總電流通過A燈，而L中電流很小。因此有電流通過燈A和燈B而構成閉合回路，所以同時亮；開關S閉合之后，電路達到穩定狀態，由于L的電阻不計，故燈B被短路，逐漸熄滅，電路的總電阻減小，所以燈A比開關S剛閉合時更亮。
（2）當開關S由閉合變為斷開時，燈A立刻熄滅，而L中產生自感電動勢，L與燈B形成閉合回路，所以燈B變亮后再逐漸熄滅。
總結
一、互感
二、自感
兩個相互靠近的線圈，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的現象
當一個線圈中的電流變化時，它產生的變化的磁場線圈本身激發出感應電動勢，這種現象稱為自感。
（發生于任何兩個相互靠近的電路之間。）
（在線圈本身激發出感應電動勢。）
砥礪前行
不負韶華

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