第08讲 互感和自感-【寒假自学课】2022年高二物理寒假精品课（人教版选择性必修二）

第08讲 互感和自感 【学习目标】 (1)通过实验了解互感与自感现象，会用自感与互感解释简单的电磁现象；知道互感现象与自感现象是磁场能变化的一种表现。 (2)会从法拉第电磁感应定律的视角认识自感现象，了解自感系数，体会推理分析的科学思维方法。 (3)知道互感现象与自感现象的防止和应用。 【基础知识】 【考点剖析】 一、互感现象 两个线圈之间并没有导线相连，但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。这种现象叫做互感，这种感应电动势叫做互感电动势。 利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈。变压器就是利用互感现象制成的。如下图所示。 在电力工程中和电子电路中，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现象。例如在电路板的刻制时就要设法减小电路间的互感现象。 二、自感现象 1.通电自感 在如图所示的电路中，两个灯泡A1和A2的规格相同，A1与线圈L串联后接到电源上，A2与可调电阻R串联后接到电源上。先闭合开关S，调节电阻R，使两个灯泡的亮度相同，再调节可调电阻R1，使它们都正常发光，然后断开开关S。重新接通电路。在开关闭合的时候观察：灯泡A1较慢地亮起来。 现象分析：闭合开关的瞬间，电流从无到有，线圈L 中产生感应电动势。根据楞次定律，感应电动势会阻碍电流的增加。 2.断电自感 按图示连接电路。先闭合开关使灯泡发光，然后断开开关。注意观察开关断开时看到灯泡闪亮一下再逐渐熄灭。 分析：当电源断开的时候，线圈中的自感电动势又阻碍线圈中电流的减小。如果自感电动势大于原来电路中的电源电动势，则小灯泡会闪亮一下。 灯泡闪亮一下，说明了小灯泡两端的电压比没断开开关时的电压要大。 在开关断开这一瞬间，增大的电压是线圈产生的感应电动势。 总结：上述现象属于一种特殊的电磁感应现象，发生电磁感应的原因当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场在线圈本身激发出感应电动势。这种现象称为自感，由于自感而产生的感应电动势叫作自感电动势。 自感现象中，灯泡亮度变化情况归纳如下： 与线圈串联的灯泡 与线圈并联的灯泡 电路图 通电时 电流逐渐增大，灯泡逐渐变亮 电流I1突然变大，然后逐渐减小达到稳定，灯泡突然变亮然后逐渐变暗，最后亮度不变 断电时 电流逐渐减小，灯泡逐渐变暗，电流方向不变 电路中稳态电流为I1、I2，①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗；②若I2＞I1，灯泡闪亮一下后逐渐变暗，两种情况灯泡电流方向均改变 应用分析：变压器、电动机等设备中有匝数很多的线圈，当电路中的开关断开时会产生很大的自感电动势，使得开关中的金属片之间产生电火花，烧蚀接触点，甚至会引起人身伤害。因此，切断这类电路时，必须采用特制的安全开关，避免出现电火花。 归纳：在自感现象中，自感电动势的产生是由于导体本身的电流发生了变化而引起的，而自感电动势却总是阻碍导体中原来电流的变化的。 特点：自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化的。 具体而言： （1）如果导体中原来的电流是增大的，自感电动势就要阻碍原来电流的增大，自感电动势方向与原电流方向相反。 （2）如果导体中原来的电流是减小的，自感电动势就要阻碍原来电流的减小，自感电动势方向与原电流方向相同。 典题分析 例1.如图甲所示，A、B两绝缘金属环套在同一铁芯上，A环中电流iA随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法中正确的是(　　) A．t1时刻，两环作用力最大 B．t2和t3时刻，两环相互吸引 C．t2时刻两环相互吸引，t3时刻两环相互排斥 D．t3和t4时刻，两环相互吸引 解析：A中电流产生磁场，磁场的变化使B中产生电流，才使两线圈相互作用，所以，作用力最大的时刻，也就是A中电流变化最快的时刻，对应乙图中，“变化最快”也就是曲线的斜率最大。t1时刻斜率为0，这个瞬间磁场是不变化的，因此两线圈没有作用力，故A错误；t2和t3时刻A环中电流在减小，则B环中产生与A环中同向的电流，故相互吸引，B正确，C错误；t4时刻A中电流为零，两环无相互作用，D错误。 答案：B 例2.(多选)如图所示，灯A、B完全相同，带铁芯的线圈L的电阻可忽略，则(　　) A．S闭合的瞬间，灯A、B同时发光，接着灯A变暗，灯B更亮，最后灯A熄灭 B．S闭合瞬间，灯A不亮，灯B立即亮 C．S闭合瞬间，灯A、B都不立即亮 D．稳定后再断开S的瞬间，灯B立即熄灭，灯A闪亮一下再熄灭 解析：S接通的瞬间，L所在支路中电流从无到有发生变化，因此，L中产生的自感电动势阻碍电流增加。由于有铁芯，自感系数较大，对电流的阻碍作用也就很强，所以S接通的瞬间L中的电流非常小，即干路中的电流几乎全部流过灯A，所以灯A、B会同时亮；又由于L中电流逐渐稳定，感应电动势逐