2.4 互感和自感
基础知识导学
一、互感现象
1.互感现象
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,这种现象称为互感现象。
(1)互感现象可以将能量通过磁场从一个电路直核传递到另一个电路。
(2)互感现象不仅能发生在绕于同一铁芯上的两个线圈之间,也可以发生在任何两个靠近的闭合电路之间。
2.互感电动势
(1)概念:互感现象中产生的电动势称为互感电动势。
(2)互感电动势的大小
,。
二、自感现象
1.概念:由于导体线圈本身的电流发生变化而引起的电磁感应现象,叫作自感现象。
2.自感电动势
(1)定义:在自感现象中产生的感应电动势。
(2)作用:总是阻碍导体中原电流的变化,起到延迟电流变化的作用。
(3)方向:自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化,当原来电流增大时,自感电动势与原来电流方向相反,当原来电流减小时,自感电动势与原来电流方向相同。
三、自感系数
1.自感电动势的大小:,式中L是自感系数。
2.自感系数
(1)决定因素:自感系数与线圈的大小、形状、匝数,以及是否有铁芯等因素有关。线圈的长度越长,线圈的面积越大,单位长度上的匝数越多,线圈的自感系数越大;线圈有铁芯时比无铁芯时自感系数大。
(2)物理意义:表征线圈产生自感电动势本领大小的物理量。
(3)单位:亨利,简称亨,符号是H。
重难扩展问题
1.互感电动势
(1)概念:_______现象中产生的电动势称为互感电动势。
(2)互感电动势的大小____________________。
2.自感电动势的大小:_________________
3.自感系数的决定因素:自感系数与线圈的_______、_______、_______,以及是否有_______等因素有关。
基础小题试练
1.手机的无线充电是根据下列哪种原理实现的?( )
A.电流的热效应 B.电磁感应 C.接触起电 D.电流的磁效应
2.自感电动势的大小( )
A.跟通过线圈的电流大小成正比 B.跟线圈中的磁通量变化的大小成正比
C.跟线圈中的电流变化大小成正比 D.跟线圈中的电流变化快慢成正比
3.关于线圈自感系数的说法,错误的是( )
A.自感电动势越大,自感系数也越大
B.把线圈中的铁芯抽出一些,自感系数减小
C.把线圈匝数增加一些,自感系数变大
D.电感是自感系数的简称
4.如图所示是电磁波发射电路中的LC电磁振荡电路,某时刻电路中正形成如图所示方向的电流,此时电容器的上极板带正电,下极板带负电,则以下说法正确的是( )
A.线圈中的磁场方向向上且正在增强
B.电容器中的电场方向向下且正在减弱
C.若增大电容器极板间的距离,则发射电磁波的波长变小
D.若在线圈中插入铁芯,则发射电磁波的频率变大
5.在如图所示的LC振荡电路中,已知某时刻电流i的方向指向A板,且正在增大,下列说法正确的是( )
A.A板带正电 B.A、B两板间的电压在增大
C.电容器C正在放电 D.磁场能正在转化为电场能
6.如图甲所示,在LC振荡电路实验中,多次改变电容器的电容C并测得相应的振荡电流的周期T;如图乙所示,以C为横坐标、为纵坐标,将测得的数据标示在坐标纸上并用直线拟合数据,由图像可得线圈的自感系数约为( )
A.0.0375H B.0.375H C.2.67H D.26.7H
答案以及解析
1.答案:B
解析:手机无线电利用了电磁感应原理
2.答案:D
解析:自感电动势为:,可知通过导体的电流的变化率越大,产生的自感电动势越大,与电流大小及电流变化的大小无关,跟穿过线圈的磁通量变化大小无关,故ABC错误,D正确.
故选D。
3.答案:A
解析:由自感电动势公式知,不仅由自感系数决定,还与电流变化快慢有关,故A错误;自感系数与线圈的大小、形状、匝数、有无铁芯有关,与其他因素无关,把线圈中的铁芯抽出一些,自感系数减小,把线圈匝数增加一些,自感系数变大,故BC正确;电感是自感系数的简称,故D正确。
4.答案:C
解析:由图中电流的方向流向电容器的正极,说明电容器正在充电,回路中的磁场能向电场能转化,所以电路中的电流正在减小,所以线圈中的磁场正在减弱,故A错误;根据上极板带正电可知,电容器内电场的方向向下,又由于电容器正在充电,则电容器内的电场正在增大,故B错误;若增大电容器极板间的距离,根据可知发射电磁波的频率变大,则发射电磁波的波长变小,故C正确;若在线圈中插入铁芯,则线圈的自感系数增大,根据可知发射电磁波的频率变小,故D错误.
5.答案:C
解析:通过图示电流方向,且电流增大,知电容器在放电,电场能转化为磁场能,则电容器上极板A带负电,下极板B带正电,电容器上的电荷量正在减小,由,知AB两极板间的电压在减小,故C正确,ABD错误,故选C.
6.答案:A
解析:根据,可得,图像的斜率为,可得,故选A。