1、6 互感和自感,一、互感现象,变压器,磁性天线,变化,变化,二、自感现象 1.定义:一个线圈中的电流_时,它所产生的_ 的磁场在它本身激发出感应电动势的现象,产生的电 动势叫作_。,变化,变化,自感电动势,2.通电自感和断电自感:,较慢地亮起来,阻碍,逐渐变暗,阻碍,3.自感系数: (1)自感电动势的大小:E=_,其中L是线圈的自感 系数,简称自感或电感。 (2)单位:_,符号:_。 常用的还有_(mH)和 微亨(H)。换算关系是:1 H=_ mH=_ H。 (3)决定线圈自感系数大小的因素:线圈的大小、 形状、_以及是否有_等。,亨利,H,毫亨,103,106,圈数,铁芯,三、磁场的能量 1
2、.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 _输送给磁场,储存在磁场中。 (2)线圈中电流减小时:磁场中的_释放出来转化 为电能。,能量,能量,2.电的“惯性”: 自感电动势有阻碍线圈中_的“惯性”。,电流变化,【思考辨析】 (1)自感现象中,感应电流方向一定和原电流方向相反。( ) (2)线圈中产生的自感电动势较大时,其自感系数一定较大。 ( ) (3)对于同一线圈,当电流变化较快时,线圈中的自感电动势较大。 ( ),(4)一个线圈中的电流均匀增大,自感电动势也均匀增大。 ( ) (5)线圈中产生的自感电动势较大时,其自感系数一定较大。 ( ),提示:(1)。
3、自感现象中感应电流的方向遵从楞次定律。当原电流减小时,自感电流与原电流方向相同;当原电流增大时,自感电流与原电流方向相反。 (2)。自感电动势的大小E=L ,所以自感电动势大不一定是由自感系数大引起的,有可能是由电流的变化率很大引起的。,(3)。由E=L 知,对于同一线圈,自感系数确定,当电流变化越快时,线圈中产生的自感电动势越大。 (4)。电流均匀增大时,线圈中磁感应强度均匀增大,磁通量均匀增大,而自感电动势取决于磁通量的变化率,所以自感电动势不变。 (5)。自感电动势的大小E=L ,所以自感电动势大不一定是由自感系数大引起的,有可能是由电流的变化率很大引起的。,【生活链接】 日光灯中的镇流
4、器起到什么作用?,提示:启动时提供瞬时高压,正常工作时降压限流。,知识点一 对自感现象的理解 探究导入: 如图所示的电路中,(1)滑片P在C点保持不动时,电感线圈L中能不能产生自感电动势? (2)滑片P由C点向A点滑动,自感电动势和原电流方向关系是怎样的? (3)滑片P由C点向B点滑动,自感电动势方向和原电流方向关系怎样?,提示:(1)不能产生 (2)相同 (3)相反,【归纳总结】 1.自感电动势的理解: (1)产生原因:通过线圈的电流发生变化,导致穿过线圈的磁通量发生变化,因而在原线圈上产生感应电动势。,(2)自感电动势的方向:当原电流增大时,自感电动势的方向与原电流方向相反;当原电流减小时
5、,自感电动势的方向与原电流方向相同。 (3)自感电动势的作用:阻碍原电流的变化,起到延迟电流变化的作用。,2.对电感线圈阻碍作用的理解: (1)若电路中的电流正在改变,电感线圈会产生自感电动势阻碍电路中电流的变化,使得通过电感线圈的电流不能突变。 (2)若电路中的电流是稳定的,电感线圈相当于一段导线,其阻碍作用是由绕制线圈的导线的电阻引起的。,【特别提醒】 (1)自感电动势阻碍线圈自身电流的变化,但不能阻止,即仍然符合“增反减同”,并且自感电动势阻碍自身电流变化的结果,会对其他电路元件的电流产生影响。 (2)自感电动势的大小跟线圈自身电流变化的快慢有关,电流变化越快,自感电动势越大。产生自感电
6、动势的线圈相当于电源。,【典题通关】 【典例】(多选)线圈通以如图所示的随时间变化的电流,则 ( ),A.0t1时间内线圈中的自感电动势最大 B.t1t2时间内线圈中的自感电动势最大 C.t2t3时间内线圈中的自感电动势最大 D.t1t2时间内线圈中的自感电动势为零,【正确解答】选C、D。线圈中的自感电动势与通入的 电流的变化率成正比,即E 。根据图象分析:0t1 时间内的电流变化率小于t2t3时间内的电流变化率, A错误,C正确;t1t2时间内的电流变化率为零,自感电 动势为零,B错误,D正确。,【过关训练】 1.(多选)(2018信阳高二检测)下列关于自感现象的论述中,正确的是 ( ),A
7、.线圈的自感系数跟线圈内电流的变化率成正比 B.当导体中电流减弱时,自感电流的方向与原电流方向相反 C.当导体中电流增大时,自感电流的方向与原电流方向相反 D.穿过线圈的磁通量的变化和线圈中电流的变化成正比,【解析】选C、D。线圈的自感系数是由线圈本身性质 决定的,与线圈的长度、匝数、线圈的横截面积、铁芯 的有无有关,而与线圈内电流强度的变化率无关,故A错 误;自感电流的方向总是阻碍原来线圈中电流的变化, 即原来线圈中电流增大,自感电流的方向与原电流方向 相反;线圈中电流减弱,自感电流的方向与原电流方向 相同,故C正确,B错误。根据E=L 和E=n 比较可知 I,则D正确。,2.(多选)(20
8、18济南高二检测)如图所示,P、Q是两个完全相同的灯泡,L是直流电阻为零的纯电感,且自感系数L很大。C是电容较大且不漏电的电容器,下列判断正确的是( ),A.S闭合时,P灯亮后逐渐熄灭,Q灯逐渐变亮 B.S闭合时,P灯、Q灯同时亮,然后P灯变暗,Q灯变得更亮 C.S闭合,电路稳定后,S断开时,P灯突然亮一下,然后熄灭,Q灯立即熄灭 D.S闭合,电路稳定后,S断开时,P灯突然亮一下,然后熄灭,Q灯逐渐熄灭,【解析】选A、D。当S闭合时,通过自感线圈的电流逐渐增大而产生自感电动势,L相当于断路,电容C较大,相当于短路,当电流稳定时,L相当于短路,电容C相当于断路,故P灯先亮后灭,Q灯逐渐变亮;当S
9、断开时,灯泡P与自感线圈L组成了闭合回路,灯泡P中的电流先增大后减小至零,故闪亮一下熄灭,电容器与灯泡Q组成闭合回路,电容器放电,故灯泡Q逐渐熄灭,选项A、D正确。,【补偿训练】 (多选)如图所示,闭合电路中的螺线管可自由伸缩, 螺线管有一定的长度,这时灯泡具有一定的亮度,若 将一软铁棒从螺线管左边迅速插入螺线管内,则将 看到 ( ) A.灯泡变暗 B.灯泡变亮 C.螺线管缩短 D.螺线管伸长,【解析】选A、D。当软铁棒插入螺线管中,穿过螺线管的磁通量增加,故产生反向的自感电动势,所以电流减小,灯泡变暗,每匝线圈间同向电流作用力减小,故螺线管伸长。,知识点二 通电自感和断电自感 探究导入: 如
10、图李辉用多用电表的欧姆挡测量一个变压器线圈的电阻,以判断它是否断路。正当李辉把多用电表的表笔与被测线圈脱离时,刘伟突然惊叫起来,觉得有电击感。这是什么原因?,提示:由于产生断电自感电动势,并且电动势比较大,故刘伟有被电击的感觉。,【归纳总结】,【易错提醒】 (1)分清两种演示电路,演示通电自感时,线圈和灯泡串联,演示断电自感时,线圈和灯泡并联。 (2)分清两种自感现象,一是灯泡缓慢变亮,二是灯泡闪亮一下再逐渐熄灭。要弄清缓慢变亮和闪亮一下的原因。,【典题通关】 【典例】(2018开封高二检测)如图所示,电阻R的 阻值和线圈自感系数L的值都较大,电感线圈的电阻 不计,A、B是两只完全相同的灯泡,
11、则下列说法正确 的是 ( ),A.当开关S闭合时,B比A先亮,然后A熄灭 B.当开关S闭合时,B比A先亮,然后B熄灭 C.当电路稳定后开关S断开时,A立刻熄灭,B逐渐熄灭 D.当电路稳定后开关S断开时,B立刻熄灭,A闪一下后再逐渐熄灭,【解题探究】 (1)当开关S闭合时,有电流通过L吗? 提示:线圈自感系数较大,所以通电瞬间电流很小相当于断路。 (2)电路稳定后,有电流通过L吗? 提示:当电路稳定后,线圈的电阻不计,通过L 的电流为通过R和灯泡B的总电流。,(3)电路稳定后开关S断开时,通过L的电流为零吗? 提示:电路稳定后开关S断开的瞬间,通过L的电流为通过R和灯泡B的总电流,但逐渐减小。,
12、【正确解答】选D。当开关S闭合时,由于电阻R的阻值和线圈自感系数L的值都较大,通过L和R的电流很小,相当于断路A、B两灯一起亮,稳定后A灯被线圈L短路后熄灭,选项A、B错误;当电路稳定后开关S断开时,B立刻熄灭,因为线圈L中会产生自感电动势,阻碍本身电流的减小,此电流会通过A灯形成回路,所以A闪一下后再逐渐熄灭,选项D正确,C错误。,【过关训练】 1.(多选)(2018太原高二检测)如图所示,A、B、C是三个完全相同的灯泡,L是一个自感系数较大的线圈(直流电阻可忽略不计)。则( ),A.S闭合时,A灯立即亮,然后逐渐熄灭 B.S闭合时,B灯立即亮,然后逐渐熄灭 C.电路接通稳定后,三个灯亮度相
13、同 D.电路接通稳定后,S断开时,C灯立即熄灭,【解析】选A。电路中A灯与线圈并联后与B灯串联,再与C灯并联。S闭合时,三个灯同时立即发光,由于线圈的电阻很小,逐渐将A灯短路,A灯逐渐熄灭,A灯的电压逐渐降低,B灯的电压逐渐增大,B灯逐渐变亮,故A正确,B错误。电路接通稳定后,A灯被线圈短路,完全熄灭。B、C灯并联,电压相同,亮度相同,故C错误。,电路接通稳定后,S断开时,C灯中原来的电流立即减至零,由于线圈中电流要减小,产生自感电动势,阻碍电流的减小,线圈中电流不会立即消失,这个自感电流的一部分通过C灯,所以C灯过一会儿熄灭,故D错误。,2.(多选)如图所示,电源的电动势为E,内阻r忽略不计
14、。A、B是两个相同的小灯泡,L是一个自感系数相当大的线圈。以下说法正确的是( ),A.开关闭合到电路中电流稳定的时间内,A灯立刻亮,且亮度保持稳定 B.开关闭合到电路中电流稳定的时间内,B灯立刻亮,且亮度保持稳定 C.开关断开后瞬间,A灯闪亮一下再熄灭 D.开关断开后瞬间,电流自右向左通过A灯,【解析】选A、D。开关闭合,A灯立刻亮,因为电源没有内阻,所以A灯两端的电压保持不变,灯泡亮度稳定,故A正确;因为L是一个自感系数相当大的线圈,所以开关闭合时B灯不亮,然后逐渐变亮,最后亮度稳定,故B错误;两个灯泡电阻一样,若L也没有电阻,则断开前后A灯的电流相同,不会闪亮;若L有电阻,则通过B的电流小
15、于,A的电流,所以A也不会闪亮一下,故C错误;开关断开后瞬间,L产生感应电流,在回路中通过A灯的电流方向为从右向左,故D正确,故选A、D。,【补偿训练】 如图所示电路中,La、Lb两灯相同,闭合开关S电路达到稳定后两灯一样亮,则 ( ),A.当S断开的瞬间,La、Lb两灯中电流立即变为零 B.当S断开的瞬间,La、Lb两灯中都有向右的电流,两灯不立即熄灭 C.当S闭合的瞬间,La比Lb先亮 D.当S闭合的瞬间,Lb比La先亮,【解析】选D。由于La与线圈L串联,Lb与滑动变阻器R串联,当S闭合的瞬间,通过线圈的电流突然增大,线圈产生自感电动势,阻碍电流的增加,所以Lb比La先亮,故C错误,D正
16、确;当S断开的瞬间,线圈产生自感电动势,两灯组成的串联电路中,有顺时针方向的电流,故A、B错误。,【拓展例题】考查内容:自感现象的图象问题 【典例】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A、B两点间电压UAB随时间t变化的图象中,正确的是 ( ),【正确解答】选B。闭合开关S后,灯泡D直接发光,电感L的电流逐渐增大,电路中的总电流也将逐渐增大,电源内电压增大,则路端电压UAB逐渐减小;断开开关S后,灯泡D中原来的电流突然消失,电感L中的电流通过灯泡形成的闭合回路逐渐减小
17、,所以灯泡D中电流将反向,并逐渐减小为零,即UAB反向逐渐减小为零,所以选项B正确。,科学技术社会环境漏电保护器中的互感现象 【命题素材】如图所示是家庭用的“漏电保护器”的关键部分的原理图。入户的两根电线(火线和零线)采用双线绕法,绕在铁芯的一侧作为原线圈,然后再接户内的用电器。当用电器或用电线路漏电时,a、b的脱扣开关立即断开,使用户断电。,【信息提取流程】 1.信息定位:当用电器漏电时,当a、b间有电压时脱扣开关立即断开,使用户断电。 2.物理模型:火线和零线采用双线绕法。 3.物理知识:互感现象。,【案例示范】如【命题素材】图是家庭用的“漏电保护 器”的部分的原理图,入户的两根电线(火线
18、和零线)采 用双线绕法,然后再接户内的用电器。其中P是一个铁 芯,P上的另一线圈接Q,它是一个脱扣开关的控制部分 (脱扣开关本身没有画出,它是串联在本图左边的火线上, 开关断开时,用户的供电被切断),Q所接的线圈的两端之 间,当a、b间没有电压时,Q使得脱扣开关闭合,当a、b间 有电压时脱扣开关立即断开,使用户断电。试问:,(1)用户正常用电时,a、b之间有没有电压?为什么? (2)如果某人站在地面上,手误触火线而触电,脱扣开关是否会断开?为什么?,【解析】(1)由题文中提取的有用信息是:“火线和零线采用双线”,正常工作时通过两线的电流时刻大小相等方向相反,在铁芯中磁通量时刻为零,因此,在Q所接线圈中不会产生电磁感应,a、b间没有电压。,(2)手误触火线时,相当于把入户线短接,通过人体的电流不通过线圈,所以火线通过的电流大于地线通过的电流,在铁芯中磁通量不再为零,因此,在Q所接线圈中产生电磁感应,a、b间有电压,Q会断开,从而保护了用户的用电安全。 答案:(1)a、b间没有电压 (2)见解析,
