2.4 互感和自感 课件-2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

2.4 互感和自感 约瑟夫·亨利 Henry Joseph 1797-1878 ，美国著名物理学家，1867年起，任美国科学院第一任院长; 1829年制成了能提起一吨重铁 块的电磁铁； 1830年发现电磁感应现象， 比法拉第早一年； 1832年发现了电流的自感现象； …… 问题： 在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，当一个线圈中的电流变化时，在另一个线圈中为什么会产生感应电动势？ 当一个线圈中的电流变化时，它产生的磁场就发生变化，变化的磁场在周围空间产生感生电场，在感生电场的作用下，另一个线圈中的自由电荷定向运动，于是产生感应电动势。 一、互感现象 1.定义：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。 2.互感现象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。 3.利用互感现象，可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈。 应用： 变压器 收音机里的磁性天线利用互感现象把电磁信号从一个线圈传递到另一个线圈 应用： 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。 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。 二、自感现象 2、自感现象中产生的电动势叫自感电动势。作用是阻碍导体中原来的电流变化。 二、自感现象 3.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。 二、自感现象 实验1 A1、A2 使用规格完全一样的灯泡； 闭合S，调节变阻器 R 和 R1 ，使A1、A2亮度相同且正常发光； 然后断开开关S； 重新闭合S，观察到什么现象？ 二、自感现象 现象： 灯泡A2立刻正常发光， 跟线圈L串联的灯泡A1逐渐亮起来。 电路接通时，电流由零开始增加，穿过线圈L的磁通量逐渐增加，L中产生的感应电动势的方向与原来的电流方向相反，阻碍L中电流增加，即推迟了电流达到正常值的时间。 开关闭合瞬间 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 I B 开关闭合瞬间 绿灯 红灯 φ 通电自感： 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 二、自感现象 实验2 L A E S 如图所示，接通电路，待灯泡A正常发光。然后断开电路,观察到什么现象？ S断开时,A灯突然闪亮一下才逐渐熄灭。 为什么A灯不立刻熄灭？ 二、自感现象 L A E S 实验2 当S断开时，L中的电流突然减弱，穿过L的磁通量逐渐减少，L中产生感应电动势，方向与原电流方向相同，阻碍原电流减小。L相当于一个电源，此时L与A构成闭合回路，故A中还有一段持续电流。 灯A闪亮一下，说明流过A的电流 比原电流大。 0 t iA iL i t1 开关闭合瞬间 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 开关断开瞬间 A L S I B φ 断电自感： I1 I2 对同一线圈: 电流变化快,穿过线圈的磁通量变化快， 线圈中产生的自感电动势就大； 电流变化慢,穿过线圈的磁通量变化慢， 线圈中产生的自感电动势就小。 对不同线圈: 电流变化快慢一样,自感电动势不同。 三、自感系数 1、自感电动势的大小决定于哪些因素？ 自感电动势的大小与线圈中电流的变化率成正比,与线圈的自感系数L成正比。 2、自感系数是用来表示线圈的自感特性的物理量。 实验表明，线圈越大，越粗，匝数越多，自感系数越大。另外，带有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。 三、自感系数 3.自感系数的单位： 亨利，简称亨，符号是“H”常用单位：毫亨（mH） 微亨（μH） 四、磁场的能量 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。 L A E S 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。 由于两根平行导线中的电流方向相反，它们的磁场可以互相抵消，从而可以使自感现象的影响减弱到可以忽略的程度。 双线绕法消除自感现象： 线圈能够体现电的“惯性”： 当线圈通电瞬间和断电瞬间，自感电动势都要阻碍线圈中电流的变化，使线圈中的电流不能立即增大到最大值或不能立即减小为零。 即线圈中的电流不能“突变”。 因此可以借用力学中的术语，也可以说线圈能体现电的 “惯性”。线圈的自感系数越大，这个现象越明显，可见，电的“惯性”大小决定于线圈的自感系数。 如图所示是生产中常用的一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈A和B。线圈A跟电源连接,线圈B的两端接在