《辽宁省大连市高中物理 第4章 电磁感应 4.6 自感和互感课件 新人教版选修32》由会员分享，可在线阅读，更多相关《辽宁省大连市高中物理 第4章 电磁感应 4.6 自感和互感课件 新人教版选修32（51页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、导导 入入 新新 课课 在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连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，在另一个线圈接，当一个线圈中的电流变化时，在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？中为什么会产生感应电动势呢？ 法拉第发现电磁感应现象的第一个成功试验法拉第发现电磁感应现象的第一个成功试验就是互感现象。就是互感现象。 到底什么是互感到底什么是互感？自感又是怎么回事呢自感又是怎么回事呢？这节课我们就来学习这方面的内容。这节课我们就来学习这方面的内容。1.知识与技能知识与技能知道互感与自感现象都是常见的电磁感应现象。知道互感与自感现象都是常见的电磁感应现象。知道自感电动
2、势的大小由什么因素决定，并理知道自感电动势的大小由什么因素决定，并理解自感电动势的作用，能解释相关现象。解自感电动势的作用，能解释相关现象。知道自感系数的单位、决定因素。知道自感系数的单位、决定因素。 教教 学学 目目 标标2.过程与方法过程与方法利用已知知识发现问题，提出问题以及设计解利用已知知识发现问题，提出问题以及设计解决问题的方法，产生创新和设计的冲动。决问题的方法，产生创新和设计的冲动。了解互感现象和自感现象，以及对它们的利用了解互感现象和自感现象，以及对它们的利用和防止。培养学生客观全面认识问题的能力。和防止。培养学生客观全面认识问题的能力。能够通过电磁感应的有关规律分析通电、断电
3、能够通过电磁感应的有关规律分析通电、断电自感现象的成因及磁场的能量转化问题。自感现象的成因及磁场的能量转化问题。 3.情感态度与价值观情感态度与价值观体验用已知知识去探索未知规律的乐趣，增体验用已知知识去探索未知规律的乐趣，增强成就感。强成就感。通过电磁感应的有关规律分析通电、断电自通过电磁感应的有关规律分析通电、断电自感现象的成因及磁场的能量转化问题。感现象的成因及磁场的能量转化问题。 教学重、难点教学重、难点教学重点教学重点自感电动势的作用自感电动势的作用 教学难点教学难点断电自感过程对小灯泡闪亮一下的原因解释断电自感过程对小灯泡闪亮一下的原因解释 1.互感现象互感现象2.自感现象自感现象
4、3.自感系数自感系数4.磁场的能量磁场的能量 本本 节节 导导 航航1.互感现象互感现象互感现象互感现象 当线圈当线圈1中的电流变化时中的电流变化时,所激发的磁场会在所激发的磁场会在它邻近的另一个线圈它邻近的另一个线圈2中产生感应电动势。这种中产生感应电动势。这种现象称为现象称为互感现象互感现象。该电动势叫。该电动势叫互感电动势互感电动势。 互感电动势与线圈电流变化快慢有关；与两互感电动势与线圈电流变化快慢有关；与两个线圈结构以及它们之间的相对位置和磁介质的个线圈结构以及它们之间的相对位置和磁介质的分布有关。分布有关。注意注意互感系数互感系数 回路回路1中的电流中的电流 在回在回路路2中产生的
5、磁通量中产生的磁通量 回路回路2中的电流中的电流 在回在回路路1中产生的磁通量中产生的磁通量 M21、M12是比例系数是比例系数,M21称为线圈称为线圈1对线圈对线圈2的互的互感系数，感系数，M12称为线圈称为线圈2对对线圈线圈1的互感系数。的互感系数。从能量观点可以证明两个给定的线圈有：从能量观点可以证明两个给定的线圈有：M 就叫做这两个线圈的就叫做这两个线圈的互感系数互感系数，简称为，简称为互感互感。注意注意 互感仅与两个线圈形状、大小、匝数、相对互感仅与两个线圈形状、大小、匝数、相对位置以及周围的磁介质有关。位置以及周围的磁介质有关。 单位单位：亨利：亨利 HW/A 豪亨豪亨 1H=10
6、3mH互感系数的计算：互感系数的计算：假设线圈中的电流假设线圈中的电流I ；求另一个线圈中的磁通量求另一个线圈中的磁通量m ； 由定义求出互感系数由定义求出互感系数M。 对于上述的由两个线圈构成的电子元件对于上述的由两个线圈构成的电子元件称为变压器或电流互感器。称为变压器或电流互感器。互感电动势互感电动势由法拉第电磁感应定律可知：由法拉第电磁感应定律可知：线圈线圈1电流变化在线圈电流变化在线圈2中产生的互感电动势中产生的互感电动势:线圈线圈2电流变化在线圈电流变化在线圈1中产生的互感电动势中产生的互感电动势:问：问：下列几种情况下列几种情况互感互感是否变化是否变化？ （1）线框平行直导线移动；
7、线框平行直导线移动； （2）线框垂直于直导线移动；线框垂直于直导线移动； （3）线框绕线框绕 OC 轴转动；轴转动； （4）直导线中电流变化直导线中电流变化.OC 例例.一长直螺线管，单位长度上的匝数为一长直螺线管，单位长度上的匝数为n0,另一半经为另一半经为r的圆环放在螺线管内，圆环平面与的圆环放在螺线管内，圆环平面与管轴垂直。求螺线管与圆环的互感系数。管轴垂直。求螺线管与圆环的互感系数。解解：设螺线管内通有电流：设螺线管内通有电流i1，螺线管内磁场为，螺线管内磁场为B1。通过圆环的全磁通为通过圆环的全磁通为由互感系数的定义式由互感系数的定义式得得由于由于 ，所以螺线管与圆环的互感系数，所以
8、螺线管与圆环的互感系数解解: : 设长直导线通电流设长直导线通电流I I 例例.在磁导率为在磁导率为 的均匀无限大的磁介质中的均匀无限大的磁介质中, 一无限一无限长直导线与一宽长分别为长直导线与一宽长分别为 和和 的矩形线圈共面。直的矩形线圈共面。直导线与矩形线圈的一侧平行导线与矩形线圈的一侧平行,且相距为且相距为 。求二者的互感系数求二者的互感系数.2.自感现象自感现象 在做右图的实验时，由于线圈在做右图的实验时，由于线圈A中电流的变化，它产生的磁通量中电流的变化，它产生的磁通量发生变化，磁通量的变化在线圈发生变化，磁通量的变化在线圈B中激发了感应电动势。中激发了感应电动势。 互感互感。回顾
9、回顾 思考：思考：线圈线圈A中电流的变化会引中电流的变化会引起线圈起线圈A中激发感应电动势吗？中激发感应电动势吗？ 对于单一的线圈，当线圈对于单一的线圈，当线圈中电流发生变化时，线圈中的中电流发生变化时，线圈中的磁通量也会发生变化，并在线磁通量也会发生变化，并在线圈中产生电动势。把这种现象圈中产生电动势。把这种现象称为自感。自感电动势有阻止称为自感。自感电动势有阻止线圈两端的电流变化的趋势。线圈两端的电流变化的趋势。 这是由于线圈中的电流在线圈周围产生一个这是由于线圈中的电流在线圈周围产生一个磁场，电流变化时，磁场也发生变化。并在线圈磁场，电流变化时，磁场也发生变化。并在线圈中激发感应电动势。
10、中激发感应电动势。 当线圈中电流变化时，它所激发的磁场通过当线圈中电流变化时，它所激发的磁场通过线圈自身的磁通量也在变化，使线圈自身产生感线圈自身的磁通量也在变化，使线圈自身产生感应电动势的现象叫应电动势的现象叫自感现象自感现象。该电动势称为。该电动势称为自感自感电动势电动势。自感现象自感现象演示实验演示实验 现象：现象：在实验中，两并联支路中的电阻与电感在实验中，两并联支路中的电阻与电感的纯电阻相同，当电键的纯电阻相同，当电键K闭合时，灯泡闭合时，灯泡B立刻点亮，立刻点亮，而灯泡而灯泡A为渐亮过程。为渐亮过程。 分析：分析：这是由于电键这是由于电键 K 闭合瞬间，电路中电闭合瞬间，电路中电流
11、发生变化，在线圈流发生变化，在线圈L中产生自感电动势，阻止支中产生自感电动势，阻止支路中的电流变化，电流是渐变的。路中的电流变化，电流是渐变的。自感现象对电路的影响自感现象对电路的影响 观察两个实验观察两个实验演示实验一：开关闭合时的自感现象演示实验一：开关闭合时的自感现象要求和操作：要求和操作： A1、A2是规格完全一样的灯是规格完全一样的灯泡。闭合电键泡。闭合电键S，调节变阻器，调节变阻器R，使，使A1、A2亮度相同，再调节亮度相同，再调节R1，使两灯正常发光，然后断，使两灯正常发光，然后断开开关开开关S。重新闭合。重新闭合S，观察到，观察到什么现象？什么现象？ 现象：现象： 灯泡灯泡A2
12、立刻正常发光立刻正常发光,跟线圈跟线圈L串联的灯泡串联的灯泡A1逐渐亮起来。逐渐亮起来。分析：分析： 接通电路的瞬间接通电路的瞬间,电流增大电流增大,穿过线圈的磁通穿过线圈的磁通量也增加量也增加,在线圈中产生感应电动势，由楞次定在线圈中产生感应电动势，由楞次定律可知律可知,它将阻碍原电流的增加它将阻碍原电流的增加,所以所以A1中的电流中的电流只能逐渐增大只能逐渐增大,A1逐渐亮起来。逐渐亮起来。 线圈中出现的感应电动势只是阻碍了原电流线圈中出现的感应电动势只是阻碍了原电流的变化（增加）的变化（增加）,而非阻止而非阻止,所以虽延缓了电流变所以虽延缓了电流变化的进程化的进程,但最终电流仍然达到最大
13、值但最终电流仍然达到最大值,A1最终达最终达到正常发光。到正常发光。 按图连接电路。开关按图连接电路。开关闭合时电流分为两个支路，闭合时电流分为两个支路，一路流过线圈一路流过线圈L，另一路，另一路流过灯泡流过灯泡A。灯泡。灯泡A正常正常发光，把开关断开，注意发光，把开关断开，注意观察灯泡亮度观察灯泡亮度演示实验二：开关断开时的自感现象演示实验二：开关断开时的自感现象要求：要求：线圈线圈L的电阻较小的电阻较小现象：现象：开关断开时，灯开关断开时，灯A先更亮后再熄灭先更亮后再熄灭分析：分析： 电路断开时，线圈中的电流减小而导致磁通电路断开时，线圈中的电流减小而导致磁通量发生变化，量发生变化，产生自
14、感电动势阻碍原电流的减小，产生自感电动势阻碍原电流的减小，L中的中的电流只能从原值开始逐渐减小，电流只能从原值开始逐渐减小，S断开后，断开后，L与与A组成闭合回路，组成闭合回路，L中的电流从中的电流从A中流过，所中流过，所以以A不会立即熄灭，而能持续一段发光时间不会立即熄灭，而能持续一段发光时间用电路图分析实验二用电路图分析实验二3.自感系数自感系数 考虑一闭合回路，设其中电流为考虑一闭合回路，设其中电流为I。由毕。由毕萨萨定律知道，线圈在空间激发的磁感应强度与定律知道，线圈在空间激发的磁感应强度与I成正成正比，因此，穿过回路本身的磁通量也与比，因此，穿过回路本身的磁通量也与I成正比，成正比，
15、即即称称 L为为自感系数自感系数,简称自感或电感。简称自感或电感。 物理意义：物理意义：一个线圈中通有单位电流时，通一个线圈中通有单位电流时，通过线圈自身的磁通链数，等于该线圈的过线圈自身的磁通链数，等于该线圈的自感系数自感系数。 实验表明，实验表明，L与回路的形状、大小以及周围介与回路的形状、大小以及周围介质的磁导律有关。回路自感的数值上等于回路中质的磁导律有关。回路自感的数值上等于回路中的电流为单位值时通过这回路所围面积的磁通量。的电流为单位值时通过这回路所围面积的磁通量。 N匝线圈时，上式应改写为：匝线圈时，上式应改写为： 单位：单位：亨利亨利H，毫亨，毫亨 m H 1H=103mH 注
16、意：注意：自感系数与电流无关，只决定于线圈本身自感系数与电流无关，只决定于线圈本身性质性质几何尺寸、匝数、介质。几何尺寸、匝数、介质。自感系数的计算：自感系数的计算：假设线圈中的电流假设线圈中的电流I；求线圈中的磁通量求线圈中的磁通量 m；由定义求出自感系数由定义求出自感系数L。 长度长度=l, 截面截面=S, 匝数匝数=n, 磁导率磁导率= 这说明了，无铁芯线圈的自感系数只决定于线圈这说明了，无铁芯线圈的自感系数只决定于线圈本身，于线圈中的电流大小无关。本身，于线圈中的电流大小无关。长直螺线管的自感系数长直螺线管的自感系数同轴电缆的自感同轴电缆的自感系数同轴电缆的自感系数自感电动势自感电动势
17、由法拉第电磁感应定律可知：由法拉第电磁感应定律可知：当线圈自感系数不变时，自感电动势当线圈自感系数不变时，自感电动势4.磁场的能量磁场的能量 由于载流线圈中具有磁场，所以线圈的能量也可由于载流线圈中具有磁场，所以线圈的能量也可以说是磁场的能量。以说是磁场的能量。 以以载流长直螺线管载流长直螺线管为例：长直螺线管中插有磁导为例：长直螺线管中插有磁导率率为为 的磁介质，管内磁感应强度为：的磁介质，管内磁感应强度为：I Il lS S n n长直螺线管的自感系数为：长直螺线管的自感系数为：IlSn磁场能量为磁场能量为由由（2）（3） 从上三式中可看出磁场的能量只与磁场强度从上三式中可看出磁场的能量只
18、与磁场强度和磁场分布的空间有关。和磁场分布的空间有关。（1）动画：断电自感现象（先变亮后变暗）动画：断电自感现象（先变亮后变暗）动画：断电自感现象（改变自感系数）动画：断电自感现象（改变自感系数）动画：自感动画：自感课课 堂堂 小小 结结 1.当一个线圈中电流变化，在另一个线圈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，称为中产生感应电动势的现象，称为互感互感。互感现。互感现象产生的感应电动势，称为象产生的感应电动势，称为互感电动势互感电动势。 2.由于导体由于导体本身的电流本身的电流发生变化而产生的发生变化而产生的电磁感应现象，叫电磁感应现象，叫自感现象自感现象。 3.自感现象
19、中产生的电动势叫自感现象中产生的电动势叫自感电动势自感电动势。 4.自感系数自感系数L：与线圈的大小、形状、圈数：与线圈的大小、形状、圈数及有无铁心有关。及有无铁心有关。 5.磁场具有能量。磁场具有能量。课课 堂堂 练练 习习 1自感现象是指自感现象是指_ 而产生的电磁感应现象而产生的电磁感应现象 2自感电动势的方向：自感电动势总是阻碍自感电动势的方向：自感电动势总是阻碍流过导体电流的变化，当电流增大时，自感电动势流过导体电流的变化，当电流增大时，自感电动势的方向与原来电流的方向的方向与原来电流的方向_；当电流减小时，自；当电流减小时，自感电动势的方向与原来电流的方向感电动势的方向与原来电流的
20、方向_。 3自感电动势的大小与通过导体的电流的自感电动势的大小与通过导体的电流的_成正比成正比 。相反相反由于通过导体本身的电流变化由于通过导体本身的电流变化 相同相同变化率变化率 3.一个线圈中的电流如果均匀增大，则这个线圈一个线圈中的电流如果均匀增大，则这个线圈的（的（ ） A 自感电动势将均匀增大自感电动势将均匀增大 B 磁通量将均匀增大磁通量将均匀增大 C 自感系数均匀增大自感系数均匀增大 D 自感系数和自感电动势都不变自感系数和自感电动势都不变BD课后习题答案课后习题答案 1.解答解答： （1）当开关当开关S断开后，使线圈断开后，使线圈A中的电流减小并中的电流减小并消失时，穿过线圈消
21、失时，穿过线圈B的磁通量减小，从而在线圈的磁通量减小，从而在线圈B中中将产生感应电流。根据楞次定律，感应电流的磁场将产生感应电流。根据楞次定律，感应电流的磁场要阻碍原磁场的减小，这样就使铁心中磁场减弱的要阻碍原磁场的减小，这样就使铁心中磁场减弱的慢些，即在开关慢些，即在开关S断开后一段时间内，铁心中还有断开后一段时间内，铁心中还有逐渐减弱的磁场，这个磁场对衔铁逐渐减弱的磁场，这个磁场对衔铁D依然有力作用，依然有力作用，因此，弹簧因此，弹簧K不能立即将衔铁拉起。不能立即将衔铁拉起。 （2）如果线圈）如果线圈B不闭合不会对延时效果产生影不闭合不会对延时效果产生影响。在开关响。在开关S断开时，线圈断
22、开时，线圈A中电流减小并很快消中电流减小并很快消失，线圈失，线圈B中只有感应电动势而无感应电流，线圈中只有感应电动势而无感应电流，线圈中的磁场很快消失，磁场对衔铁中的磁场很快消失，磁场对衔铁D的作用力也很快的作用力也很快消失，弹簧消失，弹簧K将很快将衔铁拉起。将很快将衔铁拉起。 2.解答：当李辉把多用表的表笔和被测线圈断开解答：当李辉把多用表的表笔和被测线圈断开时，线圈中的电流将减小，发生自感现象，会产生时，线圈中的电流将减小，发生自感现象，会产生较大的自感电动式，两只表笔间有较高电压，较大的自感电动式，两只表笔间有较高电压，“电电了了”刘伟一下，所以刘伟惊叫起来。当李辉再摸多刘伟一下，所以刘伟惊叫起来。当李辉再摸多用表的表笔时，由于时间经历的较长，自感现象基用表的表笔时，由于时间经历的较长，自感现象基本本“消失消失”。 3.解答：解答： （1）当开关）当开关S由断开变闭合，由断开变闭合，A灯由亮变得更加灯由亮变得更加明亮，明亮，B灯由亮变暗，直到不亮。灯由亮变暗，直到不亮。 （2）当开关由闭合变为断开，）当开关由闭合变为断开，A灯不亮，灯不亮，B灯由灯由亮变暗，直到不亮。亮变暗，直到不亮。
