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1、自感和互感,法拉第和他的实验线圈,在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，当A线圈电路中的开关断开的瞬间，线圈B中的感应电流沿什么方向? 那么为什么会产生感应电动势呢？,B原,同向,I感,“增反减同”,一、互感现象,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。互感现象中产生的感应电动势，称为互感电动势。2、利用互感现象可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈，因此在电工技术和电子技术中有广泛应用。变压器就是利用互感现象制成的。,3、互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,且可发生于任何两个相互靠近的电路之间。在电力工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常
2、工作，这时要设法减小电路间的互感。,实验一：通电自感,先合上开关S，调节变阻器R的电阻，使同样规格的两个灯泡A1和A2的明亮程度相同。再调节变阻器R1使两个灯泡都正常发光，然后断开开关S。,二、自感现象,观察：重新接通电路时，两个灯泡亮度变化情况。,灯泡A2立刻正常发光，跟线圈L串联的灯泡A1逐渐亮起来，最后两灯泡一样亮。,现象：,试分析：与线圈相连的灯泡为什么要过一会才亮？,解释：在接通电路的瞬间，电路中的电流增大，穿过线圈L的磁通量也随着增大，因而线圈中必然会产生感应电动势，这个感应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，灯泡A1只能逐渐亮起来。,反馈训练1、实验一中，
3、当电键闭合后，通过灯泡A1的电流随时间变化的图像为 图；通过灯泡A2的电流随时间变化的图像为 图。,A B C D,C,A,实验二：断电自感把氖管和带铁芯的线圈L并联在直流电路中，接通电路。,猜想：当电路断开时，氖管会产生什么现象？为什么？,现象：S断开时，氖管会闪亮一下，后逐渐熄灭。,解释：在电路断开的瞬间，通过线圈的电流突然减弱，穿过线圈的磁通量也就很快减少，因而在线圈中产生感应电动势。虽然这时电源已经断开，但线圈L和氖管组成了闭合电路，在这个电路中有感应电流通过，所以氖管会闪亮一下。,1、电源断开时，通过L的电流会减小，这时会出现感应电动势。感应电动势的作用是使L中的电流减小得更快些还是
4、更慢些？,2、产生感应电动势的线圈可以看做是一个电源，它能向外供电。由于开关已断开，线圈提供的感应电流将沿着什么途径流动？,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？,思考与讨论：,更慢,L-A-L逆时针,相反,例、在如图所示的电路中，当开关S断开瞬间，,若RARL，有IAIL，断开开关瞬间，L的感应电流和原来的电流相同，则通过灯泡的电流会瞬时增大，灯泡会闪亮一下。,若RARL,有IAIL，断开开关瞬间， L的感应电流和原来的电流相同，则通过灯泡的电流减小，灯泡不会更亮一下。,（1）若RARL，灯泡的明暗情况如何变化？,（2）若RA RL，灯泡的明暗情况如何变化？,结论：
5、在电流减小的瞬间，自感电流一定等于原来的电流，此后在此基础上逐渐减小。,反馈训练2、在实验二中，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。,A B C D,A,C,B,D,二、自感现象,1、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。2、自感现象中产生的电动势叫自感电动势。 自感电动势的作用：阻碍导体中原来的电流变化。 注意： “阻碍”不是“阻止”，电流原来怎么变化还是怎么变，只是变化变慢
6、了，即对电流的变化起延迟作用。,三、自感系数,1、自感电动势的大小：与电流的变化率成正比,2、自感系数表示线圈产生自感能力的物理量，常用L来表示，简称自感或电感,（1）决定线圈自感系数的因素：,（2）自感系数的单位：亨利，简称亨，符号是 H。 常用单位：毫亨（m H） 微亨（H）,实验表明，线圈越大，越粗，匝数越多，自感系数越大。另外，带有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。,3、自感物理意义：描述线圈产生自感电动势的能力,课堂练习,L1,如图所示的电路，L1和L2是两个相同的小电珠，L是一个自感系数相当大的线圈，其电阻与R相同，由于存在自感现象，在电键S接通时，_灯先特别亮；S断开时，_
7、灯先熄灭。,L2,四、磁场的能量,问题：在断电自感的实验中，为什么开关断开后，灯泡的发光会持续一段时间？甚至会比原来更亮？试从能量的角度加以讨论。,开关闭合时线圈中有电流，电流产生磁场，能量储存在磁场中，开关断开时，线圈作用相当于电源，把磁场中的能量转化成电能。,阅读教材最后一段P24，回答问题：1、线圈能够体现电的“惯性”，应该怎样理解？2、电的“惯性”大小与什么有关？,当线圈通电瞬间和断电瞬间，自感电动势都要阻碍线圈中电流的变化，使线圈中的电流不能立即增大到最大值或不能立即减小为零,电的“惯性”大小决定于线圈的自感系数,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，
8、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5、磁场具有能量,课堂训练1、演示自感的实验电路图如右图所示，L是电感线圈，A1、A2是规格相同的灯泡，R的阻值与L的直流电阻值相同。当开关由断开到合上时，观察到的自感现象是 比 先亮，最后达到同样亮。,A2 A1,一、互感现象,问题：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
9、为什么会产生感应电动势呢？,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。,互感现象,互感电动势,能量,互感应用,(1). 收音机里的“磁性天线”利用互感将广播信号从一个线圈传送给另一线圈.,(2). 延时继电器,特别提醒：互感是一种常见的电磁感应现象！要注意，它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且可以发生于任何相互靠近的电路之间.,二、自感现象,1电路如图所示,当开关S闭合后，由传感器得到R中的电流随时间变化的图
10、像。,自感现象,2传感器与L串联，当开关S闭合后，由传感器得到L中的电流随时间变化的图像。,自感现象,3对比两次图像有什么不同？,自感现象,不同：开关S闭合后，定值电阻R所在支路的电流迅速增加到正常值；而线圈L所在支路需要经历一定时间电流才能达到正常值。,I的变化,B的变化,的变化,E感,I的变化,阻碍,线圈的通电自感现象,自感现象,如实验1中的电路，（1）传感器测量L的电流，当开关S断开时，获得L中的电流随时间的变化图像。（2）观察图像有什么特点？（3）分析图像为什么有这样的特点。,实验2：,自感现象,现象：当开关闭合时，L中的电流并没有立刻消失，而是缓慢地减小到零.,自感现象,如实验1中的
11、电路，（1）传感器测量R的电流，当开关S断开时，获得R中的电流随时间的变化图像。（2）观察图像有什么特点？（3）分析图像为什么有这样的特点。,实验2：,自感现象,现象：当S断开后，R中的电流并没有立刻消失，而是方向发生改变，并逐渐减小到零。,线圈中产生感应电动势，此时线圈相当于电源为R充电，此时电流与R原来的电流方向相反.,线圈的断电自感现象,自感现象,1、定义：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；,2.自感现象中产生的电动势叫自感电动势；,3.自感电动势的作用：阻碍导体中原来的电流变化；,4.自感电动势的方向：导体电流增加时，此时自感电动势方向与原电流方向相反；导体电
12、流减小时，此时自感电动势方向与原电流方向相同;,自感现象,即自感电动势的大小与电流的变化率成正比，式中L叫作该线圈的自感系数。,自感系数L,1、L的意义：表征线圈产生自感电动势本领大小的物理量。在数值上等于通过线圈的电流在1秒内改变1A时产生的自感电动势的大小；,2、影响L的因素：实验表明，线圈的长度越长，线圈的面积越大，单位长度上的匝数越多，线圈的自感系数越大。此外，线圈有铁芯时比无铁芯时的自感系数大得多；,3、L的单位：亨利，符号“H”. 1H=103mH=106H,自感现象中的能量转化,问题：在断电自感的实验中，为什么开关断开后，灯泡的发光会持续一段时间？甚至可能会比原来更亮？试从能量的
13、角度加以讨论。,电流增大时，自感电动势阻碍电流增大，电流克服自感电动势做功，电能转化为磁场能；当电流稳定达到最大，自感电动势为零。当电流减小时，线圈内的磁场能开始释放，转化为电能提供电流，因而在开关断开瞬间，灯泡不立即熄灭。,自感现象的应用和防止,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。,自感现象的应用和防止,由于两根平行导线中的电流方向相反，它们的磁场可以互相抵消，从而可以使自感现象的影响减弱到可以忽略的程度。,自感现象的应用和防止
14、,小明去断开正在工作的大功率电动机的开关时，被突然产生的电火花击中了，想一想，为什么？,变压器、电动机等器材都有很大的线圈，当电路中的开关断开时，会产生很大的自感电动势，使得开关的金属片之间产生电火花，烧蚀接触点，甚至引起人身伤害。因此，大型用电器开关最好装在金属壳中，或使用油浸开关。,自感现象的应用日光灯的工作原理,日光灯结构：,起动器结构：,自感现象的应用日光灯的工作原理,开关闭合后，电源电压加在起动器两极之间，由于两极间距较近，使氖气放电而发出辉光。辉光产生的热量使U形动触片膨胀伸长跟静触片接触而将电路接通。此时，灯管灯丝因有电流通过发热而对灯管中的汞蒸气预热。,与此同时，起动器中的氖气
15、停止放电，U型动触片冷却收缩而与静触片分开，电路断开，这一瞬间的的电流变化，使镇流器中的线圈因电流急剧减少而产生很高的自感电动势，这个电源电动势与原电压加在一起，使灯管两端产生瞬间高压，使水银蒸气变成离子而导电，日光灯被点燃而发光。,自感现象的应用日光灯的工作原理,想一想：镇流器在日光灯正常工作时，起什么作用？,日光灯管点燃后，由于靠离子导电，电阻很小，要求的电流小，且日光灯管是用交流电源（大小和方向都随时间变化的电流）供电，此时镇流器产生自感电动势，阻碍电流的变化，从而镇流器在灯管正常发光时起到降压限流的作用，保证日光灯管的正常工作。,课堂练习,练习1：电路如图所示，A1和A2是完全相同的两灯泡，L和R的直流电阻相同。当开关S闭合时，将看到怎样的现象，试分析产生这种现象的原因。,现象：S闭合时，灯2先达最亮，然后亮度逐渐下降；灯1的亮度逐渐亮起来，稳定后两灯泡的亮度相同。,注意：对于线圈而言，通电瞬间相当于一个极大的电阻，断电瞬间相当于一个电源，电流稳定时就是一个直流电阻。,
