【高中物理】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

1.互感现象

法拉第及互感现象的发现1831年8月29日，法拉第又进行了一个新的实验：他用软铁做成右图所示的环，其上绕有A、B两线圈，B线圈接检流计，A线圈和十个电池组连接，当接通或断开电源时，发现电流计指针摆动。当维持通电状态时，指针则无反应。法拉第称之为“伏打电感应”。互感与互感电动势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。这种现象叫作互感。其产生的感应电动势叫互感电动势。2.自感现象

思考，下列现象产生的原因是什么我国高铁车厢上方的“受电弓”沿着高压(25kV)接触线滑行，为电力机车提供稳定的电能。然而在有冻雨或者电线结冰等气象条件下，受电弓和接触线之间往往会接触不良，导致受电弓在高速滑行的过程中容易出现冲击和离线状态，甚至会跳出电火花产生电磁辐射。碰碰车的尾部有一根长导线与顶部带电金属板接触而获得电力(110V)。由于碰碰车的尾部长导线与金属板的接触并不牢靠，一旦出现空隙，就会打出“噼噼啪啪”的电火花。正常工作的电风扇(220V)在调换转速挡时，开关盒中往往也会产生电火花。这些电火花产生的原因是什么呢?亨利及自感现象的发现美国人，少年时做过钟表店的学徒，在一个偶然机会读了《实验哲学讲义》后，对自然科学产生兴趣。后来进入奥巴尔尼学院学习，1826年成为该学院教授，1832年受聘于普林斯顿大学作自然哲学教授，1846年任新成立的华盛顿斯密斯学院院长，亨利像法拉第一样，对奥斯特实验很感兴趣。1829年，亨利在作电磁铁的提举力时，发现当通电线圈断开时产生强烈的电火花。1830年，他继续对这一现象进行研究：他将一个线圈接到电流计上，把线圈放在两个电磁铁之间，他发现，当电磁铁接通和断开电流时，电流计的指针都会突然发生偏转。但由于当时教学工作繁重，他没能接着将实验进行下去。1831年底法拉第电磁感应现象的报告发表出来，当亨利得知这一消息后，赶忙回头感做自己的实验，并于1832年7月将实验结果发表在《美国科学杂志》，但这已是在法拉第之后了。亨利及自感现象的发现1832年亨利在论文《在长螺线管中的电自感》中还公布了自己的另一个新发现：一只线圈的电流不仅能在另一只线圈中感生出电流，而且也能在自身中感生出电流。在这个线圈中实际观测到的电流则为原电流的许多倍，这种现象叫自感。此外，亨利还发明了继电器。自感与自感电动势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。自感电动势的作用：阻碍导体中原来的电流变化。3.活动：观察通电与断电自感现象

观察：通电自感与断电自感现象实验现象闭合开关S，调节变阻器R，使灯泡A1和A2亮度相同，再调节滑动变阻器R1，使两个灯泡都正常发光，然后断开开关S。重新闭合开关S，注意观察开关闭合后两个灯泡的发光情况。接通电源的瞬间，可以看到与滑动变阻器R串联的灯泡A2立即正常发光;而与有铁芯的线圈L串联的灯泡A1却是慢慢亮起来的。请你结合楞次定律和电路相关知识，解释观察到的现象现象的解释在接通电路的瞬间，电路中的电流增大，穿过线圈L的磁通量也随着增加，根据电磁感应定律，线圈中必然会产生感生电动势，这个感生电动势阻碍线圈中电流的增大.所以通过A1的电流只能逐渐增大，灯A1只能逐渐亮起来.电路断开的瞬间，通过线圈的电流突然减弱，穿过线圈的磁通量也就很快地减少，因而在线圈中产生感生电动势.虽然这时电源已经断开，但线圈L和灯泡A组成了闭合电路，在这个电路中有感生电流I通过，所以灯泡不会立即熄灭.4.自感系数

自感系数L自感电动势的大小：与电流的变化率成正比。自感系数L：实验表明，线圈越大、越粗，匝数越多，自感系数越大。另，带有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。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μH5.自感现象的应用与防止

自感现象的应用与防止节能灯和高压汞灯的镇流器就是利用自感现象产生的高电压激发气体导电，正常工作时又可以起到稳流和限流作用，保护节能灯和高压汞灯不被烧毁。自感现象在日光灯电路中的应用灯管中有一些汞(Hg)的蒸气。灯不亮时，Hg处于分子状态，在高电压的激发下Hg分子会电离。于是灯管内便会形成电流，工作过程如下:(1)当S闭合瞬间灯管两端虽然加上了220V电压，而因Hg分子尚未电离故灯管内无电流，此时灯不亮。但同时启动器加上了220V电压，其内相距很近的两金属片间放电，温度迅速升高。因为“П”形双层金属片内层的金属膨胀系数较大，于是上翘并与竖立的金属片相触，电路接通不再放电，温度又降低。自感现象在日光灯电路中的应用于是П形金属片收缩并将电路断开。断开瞬间，连接在电路中的镇流器是一个电感量很大的线圈，会产生一个很高的自感电动势。从而使灯管两端加上了一个几千伏的瞬时高电压，将灯管内的Hg原子电离，这时灯管便有电流通过，于是灯就亮了。(2)灯亮了之后，启动器处于断路状态不再工作;而镇流器此时仍处于工作状态。因为它是一个电感线圈，而通过的又是变化的交变电流，这样线圈内就会感应出一个自感电动势E，它的作用是阻碍电流变化，从而使电流不会太大，也不会太小，于是灯管正常发光。自感现象的应用与防止在有些情况下自感现象是有害的，要加以防止。前面提到的高铁通过受电弓从高压接触线输入强电流，使大功率电动机驱动列车行驶。当受电弓与高压接触线之间瞬间脱离时，内部有带铁芯的线圈的电动机就会产生很大的自感电动势，甚至出现电火花。同理，碰碰车内部也是由带铁芯的电动机作为动力，尾部长导线与金属板的瞬间脱离接触同样会产生很大的自感电动势。常见的变压器和电动机等设备中带有铁芯的线圈都有很多匝，当电路中的开关断开时会产生很大的自感电动势，使得开关中金属片与接触点之间的空气电离，产生的电火花容易烧蚀接触点，有时甚至会延伸到开关外壳上，引起人身伤害。因此，电动机等大功率用电器的开关一般都装