2.4互感和自感 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

§4 互感和自感 选择性必修 第二册 第二章 电磁感应 当线圈靠近电磁炉时：灯泡为什么会发光？手机为什么能够被充电？ 视频中两个线圈并没有直接连接，为什么也能产生电流？这是什么原理？ 1.互感：在法拉第的实验中，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。（本质是电磁感应现象） 2.互感电动势：互感现象中产生的感应电动势。 一.互感现象 3.理解 (1)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。 (2) 利用互感现象可以把能量、信号从一个电路（线圈）传递到另一个电路（线圈），因此在电工技术和电子技术中有广泛的应用，如：变压器。 (3) 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，这时要求设法减小电路间的互感。 影响因素：形状、大小、匝数、有无铁芯、相对位置等。 变压器 耳机充电仓 防止互感的电路板 加油站禁止打电话 1.自感的概念：由于线圈本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫做自感现象。 2.自感电动势：由于自感而产生的感应电动势，叫做自感电动势。自感电动势在闭合电路中会产生自感电流。 3.理解： （1）产生原因：通过导体本身电流的变化，引起磁通量的变化。 （2）自感电动势的方向： ①当原来电流在增大时，自感电动势阻碍原来电流增大；自感电动势形成的自感电流与原来电流方向相反。 ②当原来电流在减小时，自感电动势阻碍原来电流减小；自感电动势形成的自感电流与原来电流方向相同。 （3）自感电动势的作用：总是阻碍导体中原电流的变化（同样遵循楞次定律），效果上使电流变化减慢，不至于突然变化。即对电流的变化起延迟作用。 二.自感现象 演 示 1 如图电路中，两个灯泡A1和A2的规格相同，先闭合开关S，调节变阻R，使两个灯泡的亮度相同，再调节可变电阻R1，使它们都正常发光，然后断开开关S。 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。 L A1 A2 R S R1 E 原因：由于线圈L自身的磁通量增加，而产生了感应电动势，这个感应电动势总是阻碍磁通量的变化，即阻碍线圈中电流的变化，故通过A1的电流不能立即增大，灯A1的亮度只能慢慢增加，最终与A2相同。 感应电动势阻碍电流的增加 R1 S A1 A2 R L B原 IA1 IA2 B感 I感 通电自感现象 现象：A1灯泡 A2灯泡 立即亮起来 逐渐变亮，最终一样亮 能量角度：电源克服自感的阻碍做功将电能储存在线圈中，线圈将电能转化为磁场能 演 示 2 A L E S 连接电路。先闭合开关待灯泡发光。然后断开开关。注意观察开关断开时灯泡的亮度。 （1） 若RL < RA，电路稳定时，IL和IA大小关系？断开S后，A灯泡亮度变化，为什么？ （2） 若RL ≥ RA，电路稳定时，IL和IA大小关系？断开S后，A灯泡亮度变化，为什么？ A L S （1）当 RL<RA ，IL > IA 时，会闪一下，再逐渐熄灭 （2）当 RL≥RA ，IL ≤ IA 时，逐渐熄灭 IA IL 断电自感现象 原因：开关S断开瞬间，线圈L由于自感现象产生电动势，相当于电源，给A灯提供短暂的电流。 能量角度：线圈将磁场能转化为电能供小灯泡发光 通电自感与断电自感比较 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，最终稳定 电流立刻变大，灯泡立刻变亮，然后逐渐变暗，最终稳定 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，灯泡闪亮后逐渐变暗 两种情况灯泡中电流方向均改变 自感现象的“三种状态”“一个特点” (1)三种状态 ①通电瞬间，线圈阻碍作用很大，可把自感线圈看成断路或电阻很大。 ②断电时自感线圈相当于电源，新回路电流的方向由线圈电流方向决定。 ③电流稳定后，自感线圈可看做导体电阻，理想线圈的电阻为0，相当于短路。 (2)一个特点 在发生自感现象时，线圈中电流不发生“突变”，自感电动势只能阻碍电流变化但不能阻止变化。 线圈L 电阻R 对变化的电流有阻碍作用 结果：产生自感现象 对稳定的电流有阻碍作用 结果：使导体发热 电阻R决定电路稳定时电流的大小，线圈L决定电路达到稳定所需的时间 1.应用：在交流电路中、在各种用电设备和无线电技术中有着广泛的应用。如日光灯的镇流器等。 2.防止：在切断自感系数很大、电流很强的电路的瞬间，可能产生很高的电动势，击穿空气产生电火花形成电弧，在这类电路中应采用特制的开关。 自感现象的应用和防止 镇流器——产生高压 油浸开关——防止电弧 双线绕法消除自感现象 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。 L：自感系数 简称“自感”或“电感” 自感电动势是由于自感现象而产生的感应电动势，也属于感应电动势，总起着阻碍电流变化的作用，同样遵循法拉第电磁感应定律： 自感系数 1.物理意义：描述线圈产生自感电动势本领大小（能力）的物理量。 数值上等于通过线圈的电流在1S内改变1A时产生的自感电动势的大小。 2.国际单位：亨利，简称亨，符号是 H。 1H=103 mH=106 μH 3.影响因素：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。 与线圈是否通电无关。 L 小 L 大 自感系数 电流变化率 线圈L电流变化 磁通量变化 自身产生自感电动势 感应电流 自感 现象 阻碍电流（磁通量）变化：“增反减同” （1） I原增加，I原与I感方向相反 （2）I原减小，I原与I感方向相同 G P 线圈 A 线圈B B感 线圈A电流变化 磁通量变化 线圈B产生互感电动势 感应电流 阻碍磁通量变化：“增反减同” （1） Φ原增加，B原与B感方向相反 （2）Φ原减小，B原与B感方向相同 互感 现象 S R1 A1 A2 R L IA1 IA2 B原 B感 I感 B原 课堂总结 拓展学习 如图，A1、A2 是规格完全一样的灯泡。线圈 L的阻值为RL，调节变阻器 R，使R=RL。闭合开关S后，用电流传感器收集通过A1、A2灯泡电流IA1、IA2随时间变化的数据，请定性作出电脑上显示的IA1、IA2时间变化图像？ 通电自感现象 电流传感器 R1 S A1 A2 R L IA1 IA2 I t IA2 IA1 如图用电流传感器收集开关断开前后通过灯泡A、线圈L的电流IA、IL随时间变化的数据： （1）若 RL=RA相等，请定性作出电脑上显示的IA、IL时间变化图像？ （2）若 RL 远小于RA ，请定性作出电脑上显示的IA、IL时间变化图像？ 断电自感现象 电流传感器 A L S IA IL RL=RA IA IL I t RL 远小于RA IA IL I t 『判一判』 (1)当线圈中电流不变时，线圈中没有自感电动势。 (　　) (2)当线圈中电流反向时，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相反。 (　　) (3)当线圈中电流增大时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流方向相反。 (　　) (4)当线圈中电流减小时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流方向相反。 (　　) (5)互感现象是电磁感应的应用。 (　　) (6)线圈的自感系数的大小与线圈中通入电流的大小有关。 (　　) √　 ×　 √　 ×　 √　 ×　 练一练 1．如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，电感L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值。在t=0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t=t1时刻断开S，下列表示灯泡D的电流i随时间变化的图像中，正确的是（　　） D 2.小宇为了研究自感现象，利用实验室提供的实验器材设计了如图所示的电路，其中甲、乙为两个完全相同的小灯泡，L为自感系数很大的线圈，且稳定时的电阻与电路中定值电阻R的阻值相同。则下列说法正确的是(　　) A．开关闭合的瞬间，甲、乙两灯同时变亮 B．断开开关的瞬间，甲灯立即熄灭，乙灯过一会儿后熄灭 C．闭合开关，当电路稳定时甲、乙两灯的亮度相同 D．断开开关的瞬间，m点的电势高于n点的电势 【解析】开关闭合的瞬间，由于线圈中自感电动势的阻碍，甲灯先亮，乙灯后亮，故A项错误。断开开关的瞬间，线圈中产生自感电动势，甲、乙两灯串联在一起构成闭合回路，两灯同时逐渐熄灭，故B项错误。闭合开关，当电路稳定后，自感作用消失，又由于稳定时线圈的电阻与电路中的定值电阻R的阻值相同，则稳定时通过甲、乙两灯的电流相等，两灯亮度相同，故C项正确。断开开关的瞬间，线圈中产生自感电动势，线圈中的电流方向与断开开关前相同，线圈的右端相当于电源的正极，与甲、乙两灯泡和定值电阻构成回路，n点的电势高于m点的电势，故D项错误。 C 3.某学生做自感现象实验时，连接电路如图所示，则（　　） A．闭合开关S，L1灯泡立刻变亮，且亮度不变 B．闭合开关S，L2灯泡逐渐变亮，然后亮度不变 C．电路稳定后断开开关S，L1灯泡先闪亮一下后再熄灭 D．电路稳定后断开开关S，L2灯泡先变亮后再逐渐熄灭 D 4. 如图所示，灯泡A、B完全相同，若线圈L的电阻为RL，且RL>RA（RA为灯泡A的电阻），则（　　） A．S闭合瞬间，灯A、B同时发光 B．S闭合瞬间，灯A不亮，灯B立即亮 C．稳定后再断开S的瞬间，灯A、B均闪亮一下熄灭 D．稳定后再断开S的瞬间，灯B立即熄灭，灯A闪亮一下熄灭 A Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.71 Lavf58.29.100 $