2.4互感和自感 课件（含实验视频）-2023-2024学年高二物理同步精品课堂（人教版2019选择性必修第二册）

2.4 互感和自感 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。 这种现象叫作互感，这种感应电动势叫作互感电动势。 Teaching Analysis 教学分析 手机无线充电 利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线 圈，因此互感在电工技术和电子技术中有广泛的应用。变压器和手机无线充电器就是利用互感现象制成的。 变压器 Teaching Analysis 教学分析 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。 Teaching Analysis 教学分析 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。 Teaching Analysis 教学分析 在图中电路，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， ① 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， ②再调节可调电阻R1，使它们都正常发光，然后断开开关S。 ③重新接通电路。注意观察，在开关闭合的时候两个灯泡的发光情况。 Teaching Analysis 教学分析 视频：通电自感现象 Teaching Analysis 教学分析 在电路中，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，所以灯泡A1较慢地亮起来。 现象：在闭合开关S瞬间，灯A2立刻正 常发光，A1却缓慢发光，比A2迟一会儿 才正常发光。 Teaching Analysis 教学分析 按图连接电路。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灯泡的亮度。 1.电源断开时，通过线圈L的电流减小，这时会出现感应电动势。感应电动势的作用是使线圈L中的电流减小得更快些还是更慢些? 2.产生感应电动势的线圈可以看作一个电源，它能向 外供电。由于开关已经断开，线圈提供的感应电流将沿什么路径流动? 3.开关断开后，通过灯泡的感应电流与原来通过它的电流方向是否一致? 4.开关断开后，通过灯泡的感应电流是否有可能比原来的电流更大?为了使实验的效 果更明显，对线圈L应该有什么要求？ Teaching Analysis 教学分析 视频：断电自感现象 Teaching Analysis 教学分析 思考与讨论： 断电时，与线圈并联的灯泡一定会闪亮一下后再慢慢熄灭吗？ ①如果RL>RA，则灯泡会闪亮一下后再慢慢熄灭 ②如果RL<RA，则灯泡会不闪亮，慢慢熄灭 Teaching Analysis 教学分析 视频：用电流传感器显示自感对电流的影响 Teaching Analysis 教学分析 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。 Teaching Analysis 教学分析 自感电动势也是感应电动势，同样遵从法拉第电磁感应定律，即 实验表明，磁场的强弱正比于电流的强弱，也就是说， 磁通量的变化正比于电流的变化。因此，自感电动势正比 于电流的变化率，即 Teaching Analysis 教学分析 式中L是比例系数，叫作自感系数，简称自感或电感。它与线圈的大小、形状、匝数，以及是否有铁芯等因素有关。 电感的单位是亨利（henry)，简称亨，符号是H。常用的单位还有毫亨（mH）、微亨（μH）。 不同的线 圈，电感大小不同。 写成等式，就是 Teaching Analysis 教学分析 约瑟夫·亨利（JosephHenry1797-1878)，美国科学家。他是以电感单位“亨利"留名的大物理学家。在电学上有杰出的贡献。他发明了继电器（电报的 雏形），比法拉第更早发现了电磁感应现象，还发现了电子自动打火的原理。但却没有及时去申请专利。他被认为是本杰明·富兰克林之后最伟大的美国科学家之一，对于电磁学贡献颇大。 Teaching Analysis 教学分析 在图断电自感实验中，开关断开后，灯泡的发光还能维 持一小段时间，有时甚至会比开关断开之前更亮。这时灯 泡的能量是从哪里来的? 开关断开以后，线圈中的电流并未立即消失，线圈中 有电流，有电流就有磁场，能量储存在磁场中。当开关闭合时，线圈中的电流从无到有，其中的磁场也是从无到有， 这可以看作电源把能量输送给磁场，储存在磁场中。 Teaching Analysis 教学分析 有时自感电动势会大于 原来电路中的电源电动势。 线圈的自感系数越大，自感现象越明显，