湖北省武汉市第三十九中学高中物理 4.6 互感和自感 5页

‎4.6 互感和自感 ‎ 自主预习 ‎1、引起电磁感应现象最重要的条件是什么？‎ ‎2、楞次定律的内容是什么？‎ 课内探究 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呢？‎ 探究1：互感现象 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，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势。这种现象叫做 ，这种感应电动势叫做 。‎ 利用互感现象可以把 由一个线圈传递到另一个线圈。变压器就是利用互感现象制成的。如下图所示。‎ 在电力工程中和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，这时要设法 电路间的互感现象。例如在电路板的刻制时就要设法减小电路间的 现象。‎ 探究2：自感现象 实验1：通电自感现象 实验电路如图，闭合开关后，观察到的现象是：‎ 灯泡1：‎ 灯泡2： ‎ 问1：开关接通时，线圈中有没有电流？会不会产生磁场？‎ 问2：既然线圈产生了磁场，那么就有磁感线穿过线圈，会发生什么现象？‎ 问3：根据闭合开关时线圈的作用，可将它当作什么元件？‎ 实验2：断电自感现象 实验电路如图所示。接通电路，灯泡正常发光后，迅速断开开关，可以看到灯泡 。‎ 问1：灯泡闪亮一下，说明了什么问题？‎ 问2：在开关断开这一瞬间，增大的电压从哪里来的。‎ 问3：线圈本身并不是电源，它又是如何提供高电压的呢？‎ ‎⑶ 建立概念：上述现象属于一种特殊的电磁感应现象，发生电磁感应的原因是由于通过导体 的电流发生变化而引起磁通量变化。这种电磁感应现象称为 。‎ 自感现象：由于 发生变化而产生的电磁感应现象。‎ 自感电动势：在 现象中产生的感应电动势。‎ 例：在实验中，若线圈L的电阻RL与灯泡A的电阻RA相等，则电键 断开前后通过线圈的电流随时间的变化图像为 图，通过灯泡的电流随时间的变化图像为 图；若RL远小于RA，则电键 断开前后通过线圈的电流随时间的变化图像为 图，通过灯泡的电流图像为 图。‎ I t ‎ A B C D I t I t I t 特点：自感电动势总是 导体中原来电流的 的。‎ ‎① 如果导体中原来的电流是增大的，自感电动势就要阻碍原来电流的增大。I原↑，则ε自(I自)与I原相反 ‎② 如果导体中原来的电流是减小的，自感电动势就要阻碍原来电流的减小。‎ I原↓，则ε自(I自)与I原相同 拓展延伸：‎ ‎1、实验1称为通电自感现象，实验2称为断电自感现象。那么，在实验1中电路接通的瞬间，线圈是否发生自感？在实验2中，把开关断开时，线圈是否发生自感现象呢？‎ ‎2、实验1中开关断开了，电源已不再给灯泡提供电能了，灯还闪亮一下。这些能量是哪里来的呢？是凭空产生了能量吗？‎ 探究3:自感系数 自感电动势的大小跟其它感应电动势的大小一样，跟穿过线圈的磁通量的变化快慢有关。而在自感现象中，穿过线圈的磁通量是由电流引起的，故自感电动势的大小跟导体中电流变化的快慢有关。‎ ‎(阅读教材)‎ 理论分析表明：‎ E= 。‎ L称为线圈的自感系数，简称自感或 。自感表示线圈产生 本领大小的物理量。L的大小跟线圈的形状、长短、匝数、有无铁芯有关。‎ 单位：亨利(H)‎ ‎1H= mH= μH 探究4：自感现象的应用——日光灯的原理 日光灯就是利用自感现象的例子。灯管的两端各有一个灯丝，灯管内充有微量的氩和稀薄的天然汞蒸汽，灯管内壁涂有荧光物质。当灯管内的气体被击穿而导电时，灯管两端的灯丝就会释放出大量的电子，这些电子与汞原子碰撞而放出紫外线，涂在灯管内的荧光物质在紫外线的照射下发出可见光，根据不同的需要充以不同的气体，并在管的内壁上涂上不同的荧光物质，就可制造出不同颜色的日光灯了。‎ 日光灯的电路图如下图所示：‎ 其中：启动器的作用是当开关闭合时电源把电压加在启动器两极间，使氖气放电发出辉光，辉光产生的热量使U形触片膨胀伸长接触静片而电路导通，于是镇流器中的线圈和灯管中的灯丝就有电流通过，电路接通后，启动器中的氖气停止放电，U形触片冷却收缩，电路断开，镇流器线圈因自感产生一个瞬时高压，这个高压加上电源两端的电压一起加在灯管的两端，使水银蒸汽开始放电导通，使日光灯发光。‎ 镇流器就是一个自感系数很大的 ，在日光灯点燃时，利用自感现象，产生 ，在日光灯正常发光时，利用自感现象起 的作用。‎ 探究5：磁场中的能量 开关闭合时线圈中有电流，电流产生磁场，能量储存在 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 。‎ 训练内化 ‎1、关于自感现象，正确的说法是：‎ A、感应电流一定和原电流方向相反；‎ B、线圈中产生的自感电动势较大的其自感系数一定较大；‎ C、对于同一线圈，当电流变化越大时，线圈中产生的自感电动势也越大；‎ D、自感电动总是阻碍原来电流变化的。‎ ‎2、如图所示，两个电阻的阻值都是R，多匝线圈的电阻和电源内阻均可忽略不计。电键S原来断开，此时电路中的电流为I0=ε/2R。现将S闭合，于是线圈产生自感电动势，此自感电动势的作用是：‎ A、使电路的电流减小，最后由I0将小到0；‎ B、有阻碍电流增大的作用，最后电流小于I0；‎ C、有阻碍电流增大的作用，因而电流总保持不变；‎ D、有阻碍电流增大的作用，但电流还是增大，最后等于I0。‎