4.6 互感和自感 学案 -2022-2023学年高二上学期物理人教版选修3-2

互感和自感 互感和自感、涡流 【学习目标】 1、知道什么是互感现象和自感现象。 2、知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量，知道它的单位及其大小的决定因素。 3、能够通过电磁感应部分知识分析通电、断电自感现象的原因。 4、知道涡流是如何产生的，知道涡流对人类有利和有害的两方面，以及如何利用涡流和防止涡流。 【要点梳理】 要点一、互感现象 互感：两个线圈之间没有导线相连，但当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势。 （1）互感不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且可以发生于任何相互靠近的电路之间。 （2）互感现象可以把能量从一个电路传到另一个电路。如：变压器。 （3）互感现象有时会影响电路的正常工作，应设法减小电路间的互感。 要点二、自感现象 如右图，首先闭合S后调节R，使A1、A2亮度相同，然后断开开关。再次闭合S，灯泡A2立刻发光，而跟线圈串联的灯泡A1却是逐渐亮起来的。 右图电路中，选择适当的灯泡和线圈，使灯泡的电阻大于线圈的直流电阻。断开时，灯并非立即熄灭，而是闪亮一下再逐渐熄灭。 如上两种情况：由于线圈自身电流发生变化时，线圈本身产生感应电动势的现象叫自感现象。 1．自感电动势的作用：总是阻碍导体中原电流的变化，即总是起着推迟电流变化的作用。 2．自感电动势的方向：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。 3．自感电动势大小：，大小由电流变化的快慢和自感系数决定。 要点三、自感系数 自感系数是表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量，简称为自感或电感，用表示。 （1）大小：线圈长度越长，线圈横截面积越大，单位长度上匝数越多，线圈的自感系数越大；线圈有铁芯比无铁芯时自感系数大得多。 （2）物理意义：表征线圈产生自感电动势本领大小的物理量，数值上等于通过线圈的电流在内改变时产生的自感电动势的大小。 （3）单位：亨利（符号H），亨=毫亨=微亨（）。 要点四、自感现象的应用和防止 1．应用：电感线圈可以把电能转化为磁场能储存起来，也可以把储存的磁场能转化为电能；当自感系数很大时，可以产生自感电动势，增大电路的瞬时电压。 电感线圈可以延续电流的变化时间，起到一定的稳定电流的作用。在交流电路中，常用电感线圈来通直流阻交流，通低频阻高频。如日光灯电路中的镇流器、LC振荡电路等。 2．危害和防止：在切断自感系数大、电流强的电路的瞬间，会产生很高的自感电动势，形成电弧，产生安全隐患，在这类电路中应采用特别的开关；制作精密电阻时，采用双线绕法来消除自感现象。 要点五、在断电自感中，灯泡是否闪亮一下的判断方法 右图电路中，当开关断开后，灯泡是否会闪亮一下？闪亮一下的条件是什么？ 设开关闭合时，电源路端电压为，线圈的电阻为，灯泡的电阻为，则通过线圈的电流为，通过灯泡的电流为。当开关断开后，线圈和灯泡组成的回路中的电流从开始减弱。 若，有，在断开开关的瞬间，通过灯泡的电流会瞬间增大，灯泡会闪亮一下。若，有，断开开关后，通过灯泡的电流减小，灯泡不会闪亮一下。 要点六、电路中电流大小变化的判断方法 ①如果电感线圈的直流电阻为零，那么电路稳定时可认为线圈短路； ②在电流由零增大的瞬间可认为线圈断路。 如图，闭合稳定后，若不考虑线圈的直流电阻，则灯泡不亮，流过线圈的电流较大。在断开的瞬间，灯泡和线圈构成了闭合回路，其中线圈中电流的流向不变，其大小只能在原来大小的基础上减弱。 要点七、涡流 当线圈中存在变化的电流时，线圈附近的导体中都会产生感应电流，电流在导体内自成闭合回路，很像水中的旋涡，把它叫做涡电流，简称涡流。 1．产生原因： 块状金属处在变化的磁场中，或者在非均匀磁场中运动，金属块内就产生感应电流，因为金属块本身可自行构成闭合回路，且块状金属导体的电阻一般情况下很小，所以产生的涡流通常是很强的。 2．防止： 电动机、变压器的线圈中有变化的电流，而在铁芯中产生了涡流，不仅浪费能量，还可能损坏电器，因此，要设法减小涡流。为了减小涡流，铁芯材料采用了电阻率大的硅钢，并把硅钢做成彼此绝缘的薄片，从而大大减小涡流。 3．利用： 用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，线圈中通入反复变化的电流，炉内的金属中就产生涡流。涡流产生的热量使金属达到很高的温度并熔化。涡流冶炼的优点是整个过程能在真空中进行，这样就能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金。 要点八、电磁阻尼 当导体在磁场中运动时，如果导体中出现涡流，即感应电流，则感应电流会使导体受到安培力作用，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象叫做电磁阻尼。常用于电气机车的电磁制动器中。 要点九、电磁驱动 如果磁场相对于导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体