【課件】互感和自感+課件高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第二冊(cè)

2.4互感和自感約瑟夫·亨利HenryJoseph1797-1878，美國(guó)著名物理學(xué)家，1867年起，任美國(guó)科學(xué)院第一任院長(zhǎng);1829年制成了能提起一噸重鐵塊的電磁鐵；1830年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，比法拉第早一年；1832年發(fā)現(xiàn)了電流的自感現(xiàn)象；……問(wèn)題：在法拉第的實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)線圈并沒(méi)有用導(dǎo)線連接，當(dāng)一個(gè)線圈中的電流變化時(shí)，在另一個(gè)線圈中為什么會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？當(dāng)一個(gè)線圈中的電流變化時(shí)，它產(chǎn)生的磁場(chǎng)就發(fā)生變化，變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生感生電場(chǎng)，在感生電場(chǎng)的作用下，另一個(gè)線圈中的自由電荷定向運(yùn)動(dòng)，于是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。一、互感現(xiàn)象1.定義：當(dāng)一個(gè)線圈中的電流變化時(shí),它所產(chǎn)生的變化的磁場(chǎng)會(huì)在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象叫做互感，這種感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫做互感電動(dòng)勢(shì)。2.互感現(xiàn)象不僅發(fā)生于繞在同一鐵芯上的兩個(gè)線圈之間，而且可以發(fā)生于任何相互靠近的電路之間。3.利用互感現(xiàn)象，可以把能量從一個(gè)線圈傳遞到另一個(gè)線圈。應(yīng)用：變壓器收音機(jī)里的磁性天線利用互感現(xiàn)象把電磁信號(hào)從一個(gè)線圈傳遞到另一個(gè)線圈應(yīng)用：互感現(xiàn)象不僅發(fā)生于繞在同一鐵芯上的兩個(gè)線圈之間,且可發(fā)生于任何兩個(gè)相互靠近的電路之間。在電力工程和電子電路中，互感現(xiàn)象有時(shí)會(huì)影響電路的正常工作，這時(shí)要設(shè)法減小電路間的互感。1、由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，叫自感現(xiàn)象。二、自感現(xiàn)象2、自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫自感電動(dòng)勢(shì)。作用是阻礙導(dǎo)體中原來(lái)的電流變化。二、自感現(xiàn)象3.注意：“阻礙”不是“阻止”，電流原來(lái)怎么變化還是怎么變，只是變化變慢了，即對(duì)電流的變化起延遲作用。二、自感現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)1

A1、A2使用規(guī)格完全一樣的燈泡；閉合S，調(diào)節(jié)變阻器R和

R1

，使A1、A2亮度相同且正常發(fā)光；

然后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S；重新閉合S，觀察到什么現(xiàn)象？二、自感現(xiàn)象現(xiàn)象：燈泡A2立刻正常發(fā)光，跟線圈L串聯(lián)的燈泡A1逐漸亮起來(lái)。電路接通時(shí)，電流由零開(kāi)始增加，穿過(guò)線圈L的磁通量逐漸增加，L中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向與原來(lái)的電流方向相反，阻礙L中電流增加，即推遲了電流達(dá)到正常值的時(shí)間。開(kāi)關(guān)閉合瞬間IB開(kāi)關(guān)閉合瞬間綠燈紅燈φ通電自感：二、自感現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)2LAES如圖所示，接通電路，待燈泡A正常發(fā)光。然后斷開(kāi)電路,觀察到什么現(xiàn)象？S斷開(kāi)時(shí),A燈突然閃亮一下才逐漸熄滅。為什么A燈不立刻熄滅？二、自感現(xiàn)象LAES實(shí)驗(yàn)2當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，L中的電流突然減弱，穿過(guò)L的磁通量逐漸減少，L中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，方向與原電流方向相同，阻礙原電流減小。L相當(dāng)于一個(gè)電源，此時(shí)L與A構(gòu)成閉合回路，故A中還有一段持續(xù)電流。燈A閃亮一下，說(shuō)明流過(guò)A的電流比原電流大。0tiAiLit1開(kāi)關(guān)閉合瞬間開(kāi)關(guān)斷開(kāi)瞬間ALSIBφ斷電自感：I1I2對(duì)同一線圈:電流變化快,穿過(guò)線圈的磁通量變化快，線圈中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)就大；電流變化慢,穿過(guò)線圈的磁通量變化慢，線圈中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)就小。對(duì)不同線圈:電流變化快慢一樣,自感電動(dòng)勢(shì)不同。三、自感系數(shù)1、自感電動(dòng)勢(shì)的大小決定于哪些因素？自感電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈中電流的變化率成正比,與線圈的自感系數(shù)L成正比。2、自感系數(shù)是用來(lái)表示線圈的自感特性的物理量。實(shí)驗(yàn)表明，線圈越大，越粗，匝數(shù)越多，自感系數(shù)越大。另外，帶有鐵芯的線圈的自感系數(shù)比沒(méi)有鐵芯時(shí)大得多。三、自感系數(shù)3.自感系數(shù)的單位：亨利，簡(jiǎn)稱亨，符號(hào)是“H”常用單位：毫亨（mH）微亨（μH）四、磁場(chǎng)的能量在斷電自感的實(shí)驗(yàn)中，為什么開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，燈泡的發(fā)光會(huì)持續(xù)一段時(shí)間？甚至?xí)仍瓉?lái)更亮？試從能量的角度加以討論。LAES開(kāi)關(guān)閉合時(shí)線圈中有電流，電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，能量?jī)?chǔ)存在磁場(chǎng)中；開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，線圈作用相當(dāng)于電源，把磁場(chǎng)中的能量轉(zhuǎn)化成電能。由于兩根平行導(dǎo)線中的電流方向相反，它們的磁場(chǎng)可以互相抵消，從而可以使自感現(xiàn)象的影響減弱到可以忽略的程度。雙線繞法消除自感現(xiàn)象：線圈能夠體現(xiàn)電的“慣性”：當(dāng)線圈通電瞬間和斷電瞬間，自感電動(dòng)勢(shì)都要阻礙線圈中電流的變化，使線圈中的電流不能立即增大到最大值或不能立即減小為零。即線圈中的電流不能“突變”。因此可以借用力學(xué)中的術(shù)語(yǔ)，也可以說(shuō)線圈能體現(xiàn)電的“慣性”。線圈的自感系數(shù)越大，這個(gè)現(xiàn)象越明顯，可見(jiàn)，電的“慣性”大小決定于線圈的自感系數(shù)。如圖所示是生產(chǎn)中常用的一種延時(shí)繼電器的示意圖。鐵芯上有兩個(gè)線圈A和B。線圈A跟電源連接,線圈B的兩端接在一起，構(gòu)成一個(gè)閉合回路。在斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S的時(shí)候，彈簧E并不能立即將銜鐵D拉起,因而不能使觸頭C（連接工作電路）立即離開(kāi),過(guò)一段時(shí)間后觸頭C才能離開(kāi)，延時(shí)繼電器就是這樣得名的。試說(shuō)明這種繼電器的原理。SkBDCA延時(shí)繼電器：SkBDCA線圈A與電源連接，線圈A中有恒定電流，產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)，有磁感線穿過(guò)線圈B，但穿過(guò)線圈B的磁通量不變化，線圈B中無(wú)感應(yīng)電流。斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S時(shí)，線圈A中電流迅速減小為零，穿過(guò)線圈B的磁通量也迅速減少，由于電磁感應(yīng)，線圈B中產(chǎn)生感應(yīng)電流，由于感應(yīng)電流的磁場(chǎng)對(duì)銜鐵D的吸引作用，觸頭C不離開(kāi)；經(jīng)過(guò)一小段時(shí)間后感應(yīng)電流減弱，感應(yīng)電流磁場(chǎng)對(duì)銜鐵D的吸引力減小，當(dāng)彈簧E的作用力比磁場(chǎng)力大時(shí)，才將銜鐵D拉起，觸頭C離