2.4 互感和自感 课件 -2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

第二章　电磁感应 4　互感和自感 新课导入 课堂探究 1．定义 两个相互靠近的线圈，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的现象。产生的电动势叫作互感电动势。 一、互感现象 2．应用 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、收音机的“磁性天线”就是利用互感现象制成的。 3．危害 互感现象能发生在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。 1．自感现象 当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场在它本身激发出感应电动势的现象。 2．自感电动势 由于自感而产生的感应电动势。 二、自感现象 3．自感电动势的大小 E＝L，其中L是自感系数，简称自感或电感，单位：亨利，符号为H。 (1)通电瞬间自感线圈处相当于断路。 (2)接通瞬间，电路中的电流要增大，线圈产生自感电动势的方向与原电流的方向相反，阻碍电流的增大，使电流逐渐增大到稳定状态。 (3)稳定时自感线圈相当于电阻(若线圈无电阻，则相当于导线)。 通电自感 (1)如图所示，当电流处于稳定状态时，流过L的电流I1＝(电源内阻不计)，方向由a→b，流过灯泡的电流I2＝。断开S的瞬间，I2立即消失，而由于线圈的自感，I1不会马上消失，线圈力图维持I1的存在，所以线圈上产生一个b端为正、a端为负的自感电动势，与灯泡组成abcd回路，此时流过灯泡的电流则由I2变成I1，方向由d→c变成c→d。可见通过灯泡的电流大小与方向都发生了变化。 断电自感 (2)灯泡中的电流是否增大一下再减小(也就是灯泡是否闪亮一下再熄灭)，取决于I2与I1谁大谁小，也就是取决于R和r谁大谁小。 ①如果R>r，就有I1>I2，灯泡会先闪亮一下再渐渐熄灭。 ②如果R＝r，灯泡会由原来亮度渐渐熄灭。 ③如果R<r，灯泡会先立即暗一些，然后渐渐熄灭。 对通电自感和断电自感问题的三点理解 (1)通电时线圈产生的自感电动势阻碍电流的增加且与原电流方向相反。 (2)断电时线圈产生的自感电动势与原来线圈中的电流方向相同，且在与线圈串联的回路中，线圈相当于电源，它提供的电流大小从原来的值逐渐变小。 (3)自感电动势只是延缓了电流的变化，但它不能阻止原电流的变化，更不能使原电流反向。 自感现象的“三种状态”“一个特点” (1)三种状态 ①线圈通电瞬间可把线圈看成断路； ②断电时自感线圈相当于电源； ③电流稳定后，自感线圈相当于导体电阻，理想线圈电阻为零，相当于短路。 (2)一个特点 在发生自感现象时，电流不发生“突变”。 自感系数与线圈的大小、形状、匝数，以及是否有铁芯等因素有关。 三、自感系数 因为 所以 对于一个特定的线圈，n、S 是定值 所以 自感电动势 1．自感现象中的磁场能量 (1)线圈中电流从无到有时，磁场从无到有，电源的能量输送给磁场，储存在磁场中。 (2)线圈中电流减小时，磁场中的能量释放出来转化为电能。 2．电的“惯性” 自感电动势有阻碍线圈中电流变化的“惯性”。 四、磁场的能量 例1　如图所示，灯L1、L2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，L1、L2同时发光，接着L1变暗，L2变亮，最后L1熄灭 B．S闭合瞬间，L1不亮，L2立即变亮 C．S闭合瞬间，L1、L2都不立即变亮 D．稳定后再断开S的瞬间，L2熄灭，L1比L2(原先亮度)更亮 A 典例精析 解析：S接通的瞬间，线圈L支路中电流从无到有发生变化，因此，线圈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较强，所以S接通的瞬间线圈L中的电流非常小，即干路中的电流几乎全部流过L1、L2，所以L1、L2会同时亮。又由于线圈L中电流很快稳定，感应电动势很快消失，L的阻值可忽略，对L1起到“短路”作用，因此，L1熄灭。这时电路的总电阻比刚接通时小，由恒定电流知识可知，L2会比以前更亮。稳定后再断开S的瞬间，L2立即熄灭，L1由于线圈产生感应电动势而亮一下再熄灭，断开S前流过线圈L的电流和流过灯L2的电流相同，所以断开S时，L1与L2断开前的亮度一样，故A正确，B、C、D错误。 例2　图1和图2是演示自感现象的两个电路图，L1和L2为电感线圈。实验时，图1中断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗；图2中闭合开关S2，灯A2逐渐变亮，而另一个相同的灯A3立即变亮，最终A2与A3的亮度相同。下列说法正确的是 (　　) A．图1中，A1与L1的电阻值相同 B．图1中，闭合S1，电路稳定后， A1中电流大于L1中电流 C．图2中，滑动变阻器R与L2的电阻值相同 D．图2中，闭合S2瞬间，L2中电流与滑动变阻器R中电流相等 C 解析：题图1中，稳定时通过A1的电流记为I1，通过L1的电流记为IL。S1断开瞬间，A1突然变亮，可知IL>I1，因此A1和L1电阻不相等，所以A、B错误。由于最终A2与A3亮度相同，所以两支路电流I相同，根据部分电路欧姆定律可知，两支路电压U与电流I均相同，所以两支路电阻相同。由于A2、A3完全相同，故滑动变阻器R与L2的电阻值相同，所以C正确。题图2中，闭合S2时，由于自感作用，通过L2与A2的电流I2会逐渐增大，而通过R与A3的电流I3立即变大，因此电流不相等，所以D错误。 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 课堂小结 $$