2.4互感和自感 课件（38张PPT）

2.4 互感和自感
一、电磁阻尼
(1)定义:当导体在磁场中运动时,导体中会产生感应电流,感应电流会使导体受到安培力,安培力总是阻碍导体运动,这种现象称为电磁阻尼。
(2)应用:磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停下来,便于读数。
二、电磁驱动
(1)定义:磁场相对于导体转动时,导体中产生感应电流,感应电流使导体受到安培力的作用, 安培力使导体运动起来,这种作用称为电磁驱动。
(2)应用:交流感应电动机。
电磁阻尼和电磁驱动的区别与联系
在“探究感应电流的产生条件”的实验中，改变通过小线圈A的电流大小，我们会发现大线圈B就能产生感应电流。对这个现象我们是如何解释的？
1. 什么是互感与自感现象？
2. 自感系数的定义与自感电动势的求法？
1、当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为互感。互感现象中产生的感应电动势，称为互感电动势。
2、利用互感现象可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈，因此在电工技术和电子技术中有广泛应用。变压器就是利用互感现象制成的。
3. 应用：变压器
一、互感现象
汉武帝
4、互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,且可发生于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的正常工作，这时要设法减小电路间的互感。
例1.如图所示电路中,L是自感系数足够大的线圈,它的电阻可忽略不计,D1和D2是两个完全相同的小灯泡。将开关K闭合,待灯泡亮度稳定后,再将开关K断开,则下列说法中正确的是 (　　)
A.K闭合瞬间,两灯同时亮,以后D1变更亮,D2变暗
B.K闭合瞬间,D1先亮,D2后亮,最后两灯亮度一样
C.K断开时,两灯都亮一下再慢慢熄灭
D.K断开时,D2立即熄灭,D1亮一下再慢慢熄灭
解析：选D。K闭合瞬间,由于线圈的电流增加,导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的增加,所以两灯同时亮,当电流稳定时,由于电阻可忽略不计,则以后D1熄灭,D2变亮,故A、B错误;K断开时,D2立即熄灭,但由于线圈的电流减小,导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的减小,所以D1亮一下再慢慢熄灭,故C错误,D正确。
变式训练：
如图所示,电路甲、乙中,电阻R和自感线圈L的直流电阻都小于灯泡D
电阻,接通S,使电路达到稳定,灯泡D发光。则 (　　)
A.在电路甲中,断开S,D将逐渐变暗
B.在电路乙中,断开S,D将渐渐变暗
C.在电路甲中,断开S,D将先变得亮,然后渐渐变暗
D.在电路乙中,断开S,D将变得更亮,然后渐渐变暗
解析：选A、D。在电路甲中,断开S,由于线圈阻碍电流变小,导致D将逐渐变暗,故A正确;在电路乙中,由于电阻R和自感线圈L的电阻值都很小,所以通过灯泡的电流比线圈的电流小,断开S时,由于线圈阻碍电流变小,导致D将变得更亮,然后逐渐变暗,故B错误,D正确;在电路甲中,当断开S,由于D与L串联,电流相等,则D不会变更亮,只会渐渐变暗。故C错误。
当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电 动势的现象，称为互感。互感现象中产生的感应电动势，称为互感电动势。
技法点拨：
二、 自感现象
1、由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫自感现象。
2、自感现象中产生的电动势叫自感电动势。
自感电动势的作用：阻碍导体中原来的电流变化。
注意： “阻碍”不是“阻止”，电流原来怎么变化还是怎么变，只是变化变慢了，即对电流的变化起延迟作用。
实验一：
1、先合上开关S，调节变阻器R的电阻，使同样规格的两个灯泡A1和A2的明亮程度相同。
2、再调节变阻器R1使两个灯泡都正常发光。
3、然后断开开关S。
L A1
R A2
S R1
实验二：
1、把灯泡A和带铁芯 的线圈L并联在直流电路中。
2、接通电路，待灯泡正常发光，断开电路。
A
L
S
通电自感和断电自感:
{616DA210-FB5B-4158-B5E0-FEB733F419BA}
电路
现象
自感电动势的作用
通电
自感

接通电源的瞬间,灯泡A1
_____________
_____电流的增加
断电
自感

断开开关的瞬间,灯泡A
_________。有时灯泡A
会闪亮一下,然后逐渐
变暗
_____电流的减小
较慢地亮起来
阻碍
逐渐变暗
阻碍
例2.关于电磁感应现象,下列说法中正确的是 (　　)
A.穿过螺线管的磁通量发生变化时,螺线管内部就一定有感应电流产生
B.只要电路的一部分做切割磁感线运动,电路中就一定有感应电流
C.线圈中磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势一定越大
D.线圈中电流变化越快,线圈中产生的自感电动势一定越大
解析：选D。穿过闭合回路的磁通量变化时,电路中产生感应电流,穿过螺线管的磁通量发生变化时,如果电路不闭合,螺线管内部不一定产生感应电流,故A错误;穿过闭合回路的磁通量变化时,电路中产生感应电流,电路的一部分做切割磁感线运动时,如果电路不闭合,电路不会产生感应电流,故B错误;由法拉第电磁感应定律可知,感应电动势与磁通量的变化率成正比,与磁通量的变化量无关,磁通量的变化量大,感应电动势不一定大,故C错误;由E=L??????????可知,线圈中电流变化越快,线圈中产生的自感电动势一定越大,故D正确。
?
下列说法正确的是 (　　)
A.感应电流的磁场总是与原磁场方向相反
B.线圈的自感作用是阻碍通过线圈的电流
C.当穿过线圈的磁通量为零时,感应电动势一定为零
D.自感电动势阻碍原电流的变化
变式训练：
解析：选D。当磁通量增大时,感应电流的磁场与它相反,当磁通量减小时,感应电流的磁场与它相同。即感应电流的磁场方向取决于引起感应电流的磁通量是增加还是减小,感应电流的方向与原来电流的方向没有关系,故A错误;线圈的自感作用是阻碍通过线圈的电流的变化,不是阻碍电流,故B错误;线圈的电动势的大小与磁通量的大小无关,与磁通量的变化率有关,故C错误;根据线圈自感的特点可知,自感电动势阻碍原电流的变化,故D正确。
技法点拨：
自感现象中产生的电动势叫自感电动势。
自感电动势的作用：阻碍导体中原来的电流变化。
三、 自感系数
(1)自感电动势的大小:E=L ??????????,其中L是线圈的自感系数,简称自感或电感。
(2)单位:_____,符号:__。常用的还有毫亨(mH)和微亨(μH)。换算关系是:
1H=___mH=___μH。
(3)决定线圈自感系数大小的因素:线圈的大小、形状、_____以及是否有
_____等。
?
亨利
H
103
106
圈数
铁芯
插入铁芯线圈的自感系数变大
什么情况下灯泡会闪亮一下再熄灭？
原因：在自感系数很大的情况下，灯泡会会闪亮一下，然后熄灭或正常发光。
当自感系数很大时，在开关断开和闭合的瞬间，自感线圈会产生瞬时的很高的自感电动势，该电动势会补充A灯或A2灯中的电流，从而使A灯或A2灯中电流突然变大，所以要闪亮一下。
自感系数很大有时会产生危害：
例3.关于电磁感应,下列说法中正确的是 (　　)
A.由于自感电流总是阻碍原电流的变化,所以自感电动势的方向总与原电流的方向相反
B.在自感系数一定的条件下,通过导体的电流引起的磁通量变化越大,产生的感应电动势就越大
C.在自感系数一定的条件下,通过导体的电流变化越快,产生的自感电动势越大
D.在自感现象中,电感线圈的自感系数与产生的自感电动势大小有关
解析：选C。根据楞次定律,当原电流增大时,感应电动势与原电流方向相反;当原电流减小时,感应电动势与原电流方向相同,故A错误;在自感系数一定的条件下,根据法拉第电磁感应定律,则有: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,故B错误,C正确;自感系数由线圈自身决定,与其他因素无关,故D错误。
(多选)下列关于自感现象的论述中,正确的是(　　)
A.线圈的自感系数跟线圈内电流的变化率成正比
B.当线圈中电流减弱时,自感电动势的方向与原电流方向相反
C.当线圈中电流增大时,自感电动势的方向与原电流方向相反
D.穿过线圈的磁通量的变化和线圈中电流的变化成正比
变式训练：
解析：选C、D。线圈的自感系数是由线圈本身性质决定的,与线圈的长度、匝数、线圈的横截面积、铁芯的有无有关,而与线圈内电流强度的变化率无关,故A错误;自感电动势的方向总是阻碍原来线圈中电流的变化,即原来线圈中电流增大,自感电动势的方向与原电流方向相反;线圈中电流减弱,自感电动势的方向与原电流方向相同,故C正确,B错误。根据E=L?????????? 和E=n?Ф????? 比较可知ΔФ∝ΔI,则D正确。
?
技法点拨：
自感电动势的大小:E=L ??????????,其中L是线圈的自感系数,简称自感或电感。
决定线圈自感系数大小的因素:线圈的大小、形状、圈数以及是否有铁芯等。
?
四、 磁场的能量
问题：在断电自感的实验中，为什么开关断开后，灯泡的发光会持续一段时间？甚至会比原来更亮？试从能量的角度加以讨论。
开关闭合时线圈中有电流，电流产生磁场，能量储存在磁场中，开关断开时，线圈作用相当于电源，把磁场中的能量转化成电能。
当线圈刚刚接通电源的时候，自感电动势阻碍线圈中电流的增加；当电源断开的时候，自感电动势又阻碍线圈中电流的减小。线圈的自感系数越大，这个现象越明显，线圈能够体现电的“惯性”。
例4.如图所示，线圈L与小灯泡D并联后接到电源上。闭合开关S，稳定后，通过线圈的电流为I1，通过小灯泡D的电流为I2．断开开关S，发现小灯泡D闪亮一下再熄灭。下列说法正确的是（　　）
A．断开开关S前后，通过线圈的电流方向不变
B．断开开关S前后，通过小灯泡的电流方向不变
C．断开开关S，发现小灯泡D闪亮一下再熄灭，是小灯泡D发生了自感
D．断开开关S前后，通过小灯泡两次的电流是一样大的
解析：在断开开关后，线圈中将产生自感电动势，所以线圈中的电流不会发生突变，通过线圈的电流方向不变；而灯泡的电路中没有自感，所以电流可以发生突变；由于灯泡与线圈构成回路，所以断开开关前后，通过小灯泡的电流方向相反，由于小灯泡D闪亮一下，说明断开开关S瞬间通过小灯泡的电流更大，故A正确，BCD错误。
故选：A。
1、当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为互感。互感现象产生的感应电动势，称为互感电动势。
2、由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫自感现象。
3、自感现象中产生的电动势叫自感电动势。
（1）自感电动势的作用：阻碍导体中原来的电流变化。
（2）自感电动势大小：
4、自感系数L：与线圈的大小、形状、圈数及有无铁心有关
5、磁场具有能量
再见