互感和自感（课件）高二物理（粤教版2019选择性）

2.4互感和自感新粤教版（2019）高中物理选择性必修第二册

第二章

两个线圈A、B之间并没有导线相连线，圈A与手机(或MP3等)的音频输出端连接，线圈B与扩音器的输入端连接，把线圈A插入线圈B时就能在扩音器上听见由手机输出的声音，这是为什么?新课引入ABAB①什么是音频信号？②为什么能在扩音器上听见由手机输出的声音？①音频信号：频率变化的电流信号②A线圈中变化的电流（音频信号）—→变化的磁场—→B线圈磁通量变化—→产生感应电流。如图所示是法拉第发现电磁感应现象的实验原理图之一。对称性思想互感：线圈A中电流发生变化，它产生的变化的磁场在线圈B中激发出了感应电动势，根据对称性思想，线圈B中感应电流的变化，同时也会在线圈A中产生相应的感应电动势。这种现象称为互感，所产生的感应电动势称为互感电动势。互感现象

如图所示的无线通信演示实验中，打开收音机开关时，线圈和线圈之间有一定的距离，喇叭却能发生音乐声响。关闭收音机，喇叭则不发生。互感现象

利用互感现象，我们可以将一个线圈中变化的信号传递到另外一个线圈．在如图所示的无线通信演示实验中，打开收音机开关时，线圈L1和线圈L2之间有一定的距离，喇叭却能发出音乐声响。关闭收音机，喇叭则不发声．可见喇叭发出的声音是通过线圈L1和L2的互感作用，将收音机的音乐电信号传递给喇叭。新课讲授城乡变压器收音机里的磁性天线

无线充电器

应用：传递能量和传递信息互感现象

1、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称为自感。

实验1：探究通电时的自感现象。解释现象产生的原因。现象：开关S闭合，灯泡L2立刻正常发光，L1逐渐发光。原因：线圈发生电磁感应现象，产生感应电动势，阻碍L1发光。自感现象SABRIAB原B感EIAIB电源

1、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称为自感。自感现象实验2：探究断电时的自感现象。【思考问题】（1）如图（a），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？更慢些线圈与灯泡组成新的回路，电流沿逆时针方向相反（a）（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？（5）断开开关时，电路中的能量转化情况是怎样的？线圈的直流电阻比灯泡小线圈储存的磁场能转化为电能实验2：探究断电时的自感现象。（a）实验2：探究断电时的自感现象。（6）从理论上分析，实验电路（a）和实验电路（b）中的开关断开时，各会发生什么现象？（7）根据理论分析的结果，哪个实验方案相对更好？图(a):灯泡L2闪亮一下，然后逐渐熄灭图(b):灯泡L1闪亮一下，然后逐渐熄灭,灯泡L2马上熄灭（a）（b）实验2：探究断电时的自感现象。

1、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称为自感。

总结：

（1）当原电流增大时，自感电动势对电流的增大起到“阻碍”作用；

（2）当原电流减小时，自感电动势对电流的减小起到“阻碍”作用；

（3）自感现象遵循能量守恒定律，说明磁场具有能量。自感现象

1、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称为自感。

（1）作用：总是阻碍线圈中原电流的变化，即总是起着推迟电流变化的作用。

（2）方向：当原电流增大时，自感电动势与原电流方向相反；当原电流减小时，自感电动势与原电流方向相同。

2、自感电动势：在自感现象中产生的感应电动势。自感现象

自感电动势遵循法拉第电磁感应定律：

线圈中变化的电流所激发的磁感应强度

与电流的变化率成正比：

自感电动势与电流的变化率成正比：自感系数描述线圈产生自感电动势本领大小的物理量2.决定因素线圈的圈数是否有铁芯线圈的大小线圈的形状亨利（H）

1.物理意义:3.单位：甲一条导线弯了几匝的线圈乙空芯线圈，丙在铁芯上绕了几千匝的线圈，甲乙丙自感系数

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，产生很高的电动势，形成电弧，在这类电路中应采用特制的开关。（1）安全开关问题电弧放电，烧坏开关，危及人身安全（2）精密电阻磁通量恒=0生活、生产中的自感现象

问题1：请举例说明在生活、生产中，如何利用自感现象？

利用断电自感产生高压：日光灯、汽车发动机点火器、煤气灶电子点火器生活、生产中的自感现象

问题2：请举例说明自感现象有哪些危害。生活、生产中的自感现象

自感现象也会产生危害，生产中的大型电动机一般都有自感系数很大的线圈．当电路中开关断开时，线圈会产生很大的自感电动势，使开关的闸刀和固定夹片之间的空气电离而变成导体，形成电弧．这不仅会烧坏开关，甚至还会危害到操作人员的安全．因此，切断这种电路时必须采用特制的安全开关．生活、生产中的自感现象

无轨电车在行驶的过程中，由于车身颠簸，有可能导致车顶上的车弓在某个瞬间会脱离电网线出现瞬间断电，此时电车内部的线圈会产生一个较大的自感电动势，使电弓与电网线之间的空气电离，从而闪现电火1.拔下正在工作的家用电器的电源插头，或者将家用电器电源插头插入插座时，有时会看到电火花，这些电火花是怎样产生的？日常生活中我们应当怎样注意用电安全？1.拔下插头或插入插头时，对应断电或通电瞬间，会出现点火花的原因主要在于：一方面会因为电路中产生感应电动势而使得在插座和插头之间的空气电离；另一方面两者在接通或断开时，两导体相互逐渐靠近和离开，两导体间距离很小时，空气被击穿。日常生活中，对此问题，我们建议在开启用电设备前，先将插头插入，然后再开启插座或接线板的开关，因为合格的开关开合时间短、触点有镀银等消弧措施，对人身安全和设备安全均有利。2.电子设备中常要用一种没有电感的精密电阻，采用的是双线并绕的方式，即把一根电阻线对折后绕制成线圈，如图2-4-8所示．为什么这种结构的电阻会没有电感？2.采用双向并绕的方式后，并绕的两个线圈电流方向恰好相反，在发生自感时，两线圈产生的感应电流大小相等，方向相反，即产生的电感量相互抵消，整个绕线电阻就能对外呈现无感即没有电感的特点。将实验1中的两个灯泡换成两个电流传感器，可以得到两条对应的i-t图线，如图2-4-9所示，它们的主要区别在于图线拐角处形状不同．请实际操作实验并判断：这两条曲线分别对应了哪条支路？为什么？

第一条曲线对应的是实验1中电感所在的支路；第二条曲线对应实验1中的另一条支路．实验1中，闭合开关时，灯泡L2所在的支路在开关闭合瞬间就有电流流过，灯泡中的电流瞬间增大；但灯泡L1所在的支路由于有电感器L,开关闭合瞬间，由于电路中电流瞬间增大，电感器线圈中产生阻碍电流增加的感应电动势，感应电流的方向与电路中的电流方向相反，阻碍电流流过支路灯泡L1,使得电流增大需要一个极短时间。但阻碍不能阻止，当电路中电流趋于稳定时，电感中电流变化率小，感应电动势小，灯泡中电流增大，稳定时，灯泡L1中流过的电流与灯泡L2中电流相等．课堂小结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。练习１．在如图所示的电路中，Ｌ是自感系数足够大的线圈，它的电阻可忽略不计，Ｌ１和Ｌ２是两个完全相同的小灯泡．（１）当闭合开关Ｓ时，Ｌ１和Ｌ２两个灯泡的亮度将如何变化？（２）当断开开关Ｓ时，Ｌ１和Ｌ２两个灯泡的亮度又将如何变化？解：（1)开关S闭合瞬间，但由于线圈的电流增加、导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的增加，且线圈的自感系数足够大，线圈相当于断路，两灯泡串联，所以两灯同时亮；（2)开关S闭合断开，L2立即熄灭，但由于线圈的电流减小，导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的减小，电路中将稳持短暂时间的电流，从L,流过，所以L,亮一下再慢慢熄灭。２．某同学设计了如图所示的实验电路来测定自感系数很大的线圈Ｌ的电阻．（１）请根据实验电路，说明该实验测定线圈Ｌ电阻的原理．（２）测量完毕后，该同学想先断开开关Ｓ２，此时，他的同学赶紧制止，并告诉他，若其断开开关Ｓ２将会烧坏电压表．这种说法正确吗？如何正确拆解这个电路？练习（2)正确．先断开开关S,,再断开开关S2;然后拆除电源两极的导线以及其他导线．解：（1)先闭合S2,再闭合S1,记下电流表和电压表的示数分别／、U,线圈的电阻为练习３．在实际生产中，有些高压直流电路中含有自感系数很大的线圈．当电路中的开关Ｓ由闭合到断开时，线圈会产生很高的自感电动势，使开关Ｓ处产生电弧，危及操作人员的人身安全．为了避免电弧的产生，几名同学分别提出了以下四种方案，如图所示．哪种（些）方案可行？还有其他设计方案吗？解：由题意可知、当断开瞬间时，线圈中产生很高的自感电动势，若不并