互感和自感解析实用教案

《互感和自感解析实用教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《互感和自感解析实用教案（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、【观观察察(gunch)】SL在接通在接通(ji tn)S瞬间，有何现象发生瞬间，有何现象发生?闪亮闪亮(shn lin)第1页/共32页第一页，共33页。回想回想(huxing)18311831年年, , 法拉第的成功法拉第的成功(chnggng)(chnggng)实验。实验。 迈克尔迈克尔法拉第法拉第（Michael Faraday，公元公元(gngyun)1791公元公元(gngyun)1867） G电源电源第2页/共32页第二页，共33页。 在法拉第的实验中，两个线圈之间并没有导线相连在法拉第的实验中，两个线圈之间并没有导线相连(xin lin)，但当一个线圈中的电流发生变化时，它所产

2、，但当一个线圈中的电流发生变化时，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。这种现象叫做互感。这种感应电动势叫做互感电动势。现象叫做互感。这种感应电动势叫做互感电动势。简简化化一、互感现象一、互感现象(xinxing)：当一个线圈中的电流发生变化时，：当一个线圈中的电流发生变化时，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，这种现象种现象(xinxing)叫做互感现象叫做互感现象(xinxing)。第3页/共32页第三页，共33页。 互感现象互感现象(xinxing)是一种

3、常见的电磁感应现象是一种常见的电磁感应现象(xinxing)，它不仅仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈，它不仅仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈间，而且可以发生在任何两个相互靠近的电路之间：间，而且可以发生在任何两个相互靠近的电路之间： 利用互感现象可以把利用互感现象可以把能量从一个能量从一个(y )线圈线圈传递到另一个传递到另一个(y )线线圈，因此在电工技术和圈，因此在电工技术和电子技术中有广泛的应电子技术中有广泛的应用。用。变压器变压器 在电力工程中和电在电力工程中和电子电路中，互感现象子电路中，互感现象有时有时(yush)(yush)会影响会影响电路的正常工作，这电路的正常工作，这时要设法

4、减小电路中时要设法减小电路中的互感。的互感。第4页/共32页第四页，共33页。二、自感二、自感(z n)现象现象【回顾【回顾(hug)】在做右图的实验时，由于线】在做右图的实验时，由于线圈圈A中电流的变化，它产生的磁通量发生变化，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电动势。互感电动势。【思考【思考(sko)】线圈】线圈A中电流的变化会中电流的变化会在线圈在线圈A中激发出感应电动势吗？中激发出感应电动势吗？会！会！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由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象叫做自

5、感现象。做自感现象。2、由自感而产生的感应电动势叫、由自感而产生的感应电动势叫自感电动势自感电动势。 自感现象对电路有很大的影响，我们一起来看一下有自感现象对电路有很大的影响，我们一起来看一下有怎么样的影响！怎么样的影响！第5页/共32页第五页，共33页。实验一：闭合实验一：闭合(b h)开关开关通通电电自自感感为什么灯为什么灯A2立即立即(lj)亮，灯亮，灯A1要过会一儿才亮呢要过会一儿才亮呢?A2A1R1RL第6页/共32页第六页，共33页。要求要求(yoqi)和操作：和操作： A1、A2是规格完全一样的灯泡。闭合是规格完全一样的灯泡。闭合电键电键S，调节，调节(tioji)变阻器变阻器R

6、，使，使A1、A2亮度相同，再调节亮度相同，再调节(tioji)R1，使两灯正，使两灯正常发光，然后断开开关常发光，然后断开开关S。再重新闭合。再重新闭合S。现象现象(xinxing)灯泡灯泡A2立刻正常发光，跟线圈立刻正常发光，跟线圈L串联的灯泡串联的灯泡A1逐渐亮逐渐亮起来。起来。A1A2 接通电路的瞬间，电流增大，接通电路的瞬间，电流增大，穿过线圈的磁通量也增加，在穿过线圈的磁通量也增加，在线圈中产生感应电动势，由楞线圈中产生感应电动势，由楞次定律可知，它将阻碍原电流次定律可知，它将阻碍原电流的增加，所以的增加，所以A1中的电流只能逐中的电流只能逐渐增大，渐增大， A1逐渐亮起来。逐渐亮

7、起来。第7页/共32页第七页，共33页。流过流过A1、A2灯的电流随时间灯的电流随时间(shjin)怎样变化？怎样变化？【想一想想一想】i2i1it0 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(dinli)的变化的变化（增加），而非阻止，所以虽延缓了电流（增加），而非阻止，所以虽延缓了电流(dinli)变化的进程，变化的进程，但最终电流但最终电流(dinli)仍然达到最大值，仍然达到最大值， A1最终达到正常发光。最终达到正常发光。第8页/共32页第八页，共33页。断断电电自自感感实验二：断开实验二：断开(dun ki)开关开关为什么灯不是立即为什么灯不是立

8、即(lj)(lj)熄灭，而要闪亮一下才熄灭？熄灭，而要闪亮一下才熄灭？AL第9页/共32页第九页，共33页。操作操作(cozu) 按图连接电路。开关闭合时电按图连接电路。开关闭合时电流分为流分为(fn wi)两个支路，一路流两个支路，一路流过线圈过线圈L，另一路流过灯泡，另一路流过灯泡A。灯。灯泡泡A正常发光。把开关断开，注意正常发光。把开关断开，注意观察灯泡亮度。观察灯泡亮度。现象现象(xinxing)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. . 电路断开时，线圈中的电流减小而导致电路断开时，线圈中的电流减小而导致磁通量发生变化，产生自感电动势阻碍磁通量发生变化，产生自感

9、电动势阻碍原电流的减小，原电流的减小，L中的电流只能从原值开中的电流只能从原值开始逐渐减小，始逐渐减小，S断开后，断开后，L与与A组成闭合回组成闭合回路，路，L中的电流从中的电流从A中流过，所以中流过，所以A不会不会立即熄灭，而能持续一段发光时间立即熄灭，而能持续一段发光时间AL第10页/共32页第十页，共33页。【分分析析(fnx)】S S断开断开(dun ki)(dun ki)前前S S断开断开(dun ki)(dun ki)后后0ti1、通过灯的电流怎样变化？通过灯的电流怎样变化？【思思考考】2、灯闪亮的条件是什么？、灯闪亮的条件是什么？i2i1i1-i2第11页/共32页第十一页，共3

10、3页。3、自感电动势的作用：阻碍导体中原来电流、自感电动势的作用：阻碍导体中原来电流(dinli)的变化。的变化。 导体中电流变化时，自身产生感应导体中电流变化时，自身产生感应(gnyng)电动势，电动势，这个感应这个感应(gnyng)电动势阻碍原电流的变化电动势阻碍原电流的变化【注意】【注意】 “阻碍阻碍”不是不是“阻止阻止”，电流原来怎么变化还是怎么变，电流原来怎么变化还是怎么变，只是变化变慢了，即对电流的变化起延迟作用，使线圈中的电只是变化变慢了，即对电流的变化起延迟作用，使线圈中的电流不能发生突变流不能发生突变.导体中原电流增大导体中原电流增大(zn d)时，自感电动势阻时，自感电动势

11、阻碍它增大碍它增大(zn d)。导体中原电流减小时，自感电动势阻碍它。导体中原电流减小时，自感电动势阻碍它减小。减小。4、自感电动势的大小、自感电动势的大小 自感电动势也是感应电动势，同样遵从法拉第电磁感应定律，自感电动势也是感应电动势，同样遵从法拉第电磁感应定律，也就是说，它的大小正比于穿过线圈的磁通量的变化率，即：也就是说，它的大小正比于穿过线圈的磁通量的变化率，即：E t第12页/共32页第十二页，共33页。 实验表明实验表明(biomng)，磁场的强弱正比于电流的强弱，也就是，磁场的强弱正比于电流的强弱，也就是说，磁通量的变化正比于电流的变化，所以也可以说，自感电动说，磁通量的变化正比

12、于电流的变化，所以也可以说，自感电动势正比于电流的变化率，即：势正比于电流的变化率，即：EIt写成等式写成等式(dngsh)就是：就是：E=LIt式中式中L是比例系数，叫做自感系数是比例系数，叫做自感系数(z n x sh)，简称电感或自感。，简称电感或自感。单位：单位：亨利，简称亨，符号：亨利，简称亨，符号：H其他单位：其他单位：毫亨（毫亨（mH）、微亨（）、微亨（H）。亨利亨利 约瑟夫约瑟夫亨利（亨利（Joseph Henry，1797年年12月月17日日1878年年5月月13日）是一位美国科学家，日）是一位美国科学家，也是史密森尼学会首任会长。他被认为是本杰也是史密森尼学会首任会长。他被

13、认为是本杰明明富兰克林之后最伟大的美国科学家之一，富兰克林之后最伟大的美国科学家之一，对于电磁学贡献颇大。对于电磁学贡献颇大。第13页/共32页第十三页，共33页。决定决定(judng)线圈自感系数的因素：线圈自感系数的因素：线圈线圈(xinqun)越大、匝数越多，它的自感系数越越大、匝数越多，它的自感系数越大！大！给线圈中加入铁芯，自感系数给线圈中加入铁芯，自感系数(z n x sh)比没比没有铁芯大得多！有铁芯大得多！自感自感自感自感123电感器：电感器：电路中的线圈又叫电感器。电路中的线圈又叫电感器。电感器的特性：电感器的特性：阻碍电流的变化，对交流电有阻碍电流的变化，对交流电有阻碍作用

14、。变压器，实际上也是电感器。阻碍作用。变压器，实际上也是电感器。了了解解5 5、磁场的能量、磁场的能量 在前面的实验中，开关断开后，灯泡的发光还能维持一小段在前面的实验中，开关断开后，灯泡的发光还能维持一小段时间，有时甚至会比断开开关之前更亮，这时灯泡的能量从哪时间，有时甚至会比断开开关之前更亮，这时灯泡的能量从哪里来的？里来的？第14页/共32页第十四页，共33页。 （1 1）电源断开以后，线圈中的电流不会立即）电源断开以后，线圈中的电流不会立即(lj)(lj)消消失，这失，这时的电流仍然可以做功，说明线圈储存了能量；时的电流仍然可以做功，说明线圈储存了能量； （2 2）线圈中有电流，有电流

15、就有磁场）线圈中有电流，有电流就有磁场(cchng)(cchng)，能量，能量很可能储很可能储存在磁场存在磁场(cchng)(cchng)中；中； （3 3）当开关闭合时，线圈中的电流从无到有，其中的）当开关闭合时，线圈中的电流从无到有，其中的磁场也是从无到有，这可以看做电源把能量输送磁场也是从无到有，这可以看做电源把能量输送(sh sn)(sh sn)给磁给磁场，储存在磁场中。场，储存在磁场中。这一切都只是猜测！这一切都只是猜测！ 当线圈刚刚接通电源的时候，自感电动势阻碍线圈中当线圈刚刚接通电源的时候，自感电动势阻碍线圈中电流的增加；当线圈中已经有了电流而开关断开或电流电流的增加；当线圈中已

16、经有了电流而开关断开或电流变弱的时候，自感电动势又阻碍线圈中电流的减少，线变弱的时候，自感电动势又阻碍线圈中电流的减少，线圈的自感系数越大，这个现象越明显。有时我们借用力圈的自感系数越大，这个现象越明显。有时我们借用力学中的术语，说线圈能体现电的学中的术语，说线圈能体现电的“惯性惯性”。第15页/共32页第十五页，共33页。6、自感现象的应用、自感现象的应用(yngyng)和防止和防止（1 1）应用：在各种电器设备、电工）应用：在各种电器设备、电工(dingng)(dingng)技术和无线电技术和无线电技术中应用广泛。如日光灯电子镇流器中，有电阻器、电容器、技术中应用广泛。如日光灯电子镇流器中

17、，有电阻器、电容器、电感器件。电感器件。（2 2）危害：变压器、电动机等器材都有很大的线圈，当电路）危害：变压器、电动机等器材都有很大的线圈，当电路(dinl)(dinl)中的开关断开时，会产生很大的自感电动势，使得中的开关断开时，会产生很大的自感电动势，使得开关的金属片之间形成电弧，产生电火花，烧蚀接触点，甚开关的金属片之间形成电弧，产生电火花，烧蚀接触点，甚至引起人身伤害。至引起人身伤害。第16页/共32页第十六页，共33页。防止：防止：1 1、在变压器、电动机等大功、在变压器、电动机等大功率用电器的开关率用电器的开关(kigun)(kigun)应该装在应该装在金属壳中。最好使用油浸开关金

18、属壳中。最好使用油浸开关(kigun)(kigun)，即把开关，即把开关(kigun)(kigun)的接的接触点浸在绝缘油中，避免出现电火花。触点浸在绝缘油中，避免出现电火花。【应用【应用(yngyng)】日光灯的构造日光灯的构造(guzo)2 2、精密电阻可采用双线、精密电阻可采用双线并绕来清除自感现象。并绕来清除自感现象。第17页/共32页第十七页，共33页。电路图电路图镇流器镇流器启动时，启动时，产生高电压，帮助产生高电压，帮助点燃；正常工作点燃；正常工作(gngzu)时的感抗时的感抗限制电流，保护灯限制电流，保护灯管管.第18页/共32页第十八页，共33页。启动器启动器自自动开关可用普

19、动开关可用普通开关或短绝通开关或短绝缘导线缘导线(doxin)代替。代替。正常工作时不正常工作时不起作用，可以起作用，可以去掉。去掉。 【练习【练习1】关于日光灯的工作原理，下列】关于日光灯的工作原理，下列(xili)说法正确的（说法正确的（ ）A. 镇流器的作用是将交流电变为直流电；镇流器的作用是将交流电变为直流电；B. 在日光灯的启动阶段，镇流器能提供一个瞬时高压，使灯管开始工作；在日光灯的启动阶段，镇流器能提供一个瞬时高压，使灯管开始工作；C.日光灯正常发光时，启动器的两个触片是分离的；日光灯正常发光时，启动器的两个触片是分离的；D.日光灯发出柔和的白光是由汞原子受到激发后直接辐射的。日

20、光灯发出柔和的白光是由汞原子受到激发后直接辐射的。BC第19页/共32页第十九页，共33页。LRRSE【练习【练习(linx)2】电路如图，电源无内阻，线圈无电阻。】电路如图，电源无内阻，线圈无电阻。两电阻相同，均为两电阻相同，均为R，原来电流为，原来电流为I0，S突然接通，则（突然接通，则（ ）A、电路中有自感电动势，阻碍电流变化，所以线圈中电、电路中有自感电动势，阻碍电流变化，所以线圈中电流保持流保持I0不变不变B、电路中有自感电动势，阻碍电流变化，所以线圈中电、电路中有自感电动势，阻碍电流变化，所以线圈中电流最终小于流最终小于2I0C、接通瞬间线圈中电流立即变为、接通瞬间线圈中电流立即变

21、为2I0D、接通瞬间线圈中电流仍为、接通瞬间线圈中电流仍为I0，但最终变为，但最终变为2I0。D第20页/共32页第二十页，共33页。A A【练习【练习3】如图所示，】如图所示，L为自感系数为自感系数较大的线圈较大的线圈(xinqun)，电路稳定，电路稳定后小灯泡正常发光，当断开开关后小灯泡正常发光，当断开开关S的瞬间会有（的瞬间会有（ ）A灯灯A立即熄灭立即熄灭B灯灯A慢慢熄灭慢慢熄灭C灯灯A突然闪亮一下再慢慢熄灭突然闪亮一下再慢慢熄灭D灯灯A突然闪亮一下再突然熄灭突然闪亮一下再突然熄灭【练习【练习4】如图示电路，合上】如图示电路，合上S时，发现电流表时，发现电流表A1向右偏，向右偏，则当断

22、开则当断开(dun ki)S的瞬间，电流表的瞬间，电流表A1 、 A2指针的偏指针的偏转情况是：（转情况是：（ ）A. A1向左，向左，A2向右向右 B. A1向右，向右，A2向左向左C. A1 、A2都向右都向右 D. A1 、A2都向左都向左A第21页/共32页第二十一页，共33页。 A2 A1 L A1R A2 S R1【练习【练习6】上图中，电阻】上图中，电阻R的电阻值和电感的电阻值和电感L的自感系数都很的自感系数都很大，但大，但L的直流电阻值很小，的直流电阻值很小，A1、A2是两个规格是两个规格(gug)相同相同的灯泡。则当电键的灯泡。则当电键S闭合瞬间，闭合瞬间， 比比 先亮，最后

23、先亮，最后 比比 亮亮 。 A1A2【练习【练习5】演示自感的实验电路图如右】演示自感的实验电路图如右图所示，图所示，L是电感线圈，是电感线圈，A1、A2是规是规格相同的灯泡，格相同的灯泡，R的阻值与的阻值与L的直流电的直流电阻值相同。当开关由断开到合上时，阻值相同。当开关由断开到合上时，观察到的自感现象是观察到的自感现象是 比比 先亮，先亮，最后最后(zuhu)达到同样亮。达到同样亮。A2A1第22页/共32页第二十二页，共33页。D1 D2L RSA【练习【练习7】如图所示的电路中，】如图所示的电路中，D1和和D2是两个是两个(lin )相同的小灯泡，相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的

24、线圈，其是一个自感系数相当大的线圈，其阻值与阻值与R相同。在电键接通和断开时，相同。在电键接通和断开时，灯泡灯泡D1和和D2亮暗的顺序是亮暗的顺序是 （ ）A. 接通时接通时D1先达先达(xin d)最亮，断开时最亮，断开时D1后灭后灭B. 接通时接通时D2先达先达(xin d)最亮，断开时最亮，断开时D2后灭后灭C. 接通时接通时D1先达先达(xin d)最亮，断开时最亮，断开时D2后灭后灭D. 接通时接通时D2先达先达(xin d)最亮，断开时最亮，断开时D1后灭后灭【练习【练习8】如图所示，电路中，】如图所示，电路中，L为自感系数为自感系数(z n x sh)较大的线圈，开关接通且稳定后

25、较大的线圈，开关接通且稳定后L上电流为上电流为1A，电阻，电阻R上电流为上电流为0.5A，当，当S突然断开后，突然断开后，R上的电流由上的电流由_A开开始始_，方向是，方向是_.1减小减小向左向左第23页/共32页第二十三页，共33页。第24页/共32页第二十四页，共33页。一、涡流一、涡流(wli)及其应及其应用用1、当空间有变化、当空间有变化(binhu)的磁通量时，附近的导体就会产的磁通量时，附近的导体就会产生感应电流，我们把这种感应电流叫做涡流。生感应电流，我们把这种感应电流叫做涡流。B增大增大(zn d)【说明说明】涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同涡流是整块导体发生的电磁感应现象

26、，同样遵守电磁感应定律！样遵守电磁感应定律！第25页/共32页第二十五页，共33页。2、应用：、应用：（1）新型）新型(xnxng)炉灶炉灶电电磁炉。磁炉。电磁炉电磁炉真空真空(zhnkng)冶炼炉冶炼炉抽真空抽真空优点：防止空气优点：防止空气中的杂质进入金中的杂质进入金属属(jnsh)，可，可以冶炼高质量的以冶炼高质量的合金。合金。第26页/共32页第二十六页，共33页。（2）金属）金属(jnsh)探测器：飞机场、火车站安全检查、扫探测器：飞机场、火车站安全检查、扫雷、探矿。雷、探矿。原理：线圈中有变化着的电流，当其靠近原理：线圈中有变化着的电流，当其靠近(kojn)金属物品时，金属物品时，

27、金属中会感应出涡流，涡流的磁场又会反过来影响线圈中的电流，金属中会感应出涡流，涡流的磁场又会反过来影响线圈中的电流，使仪器报警。使仪器报警。扫雷扫雷(so li)机场安检机场安检第27页/共32页第二十七页，共33页。危害：导体在产生涡流的过程中，涡流也会产生热量这样的话会危害：导体在产生涡流的过程中，涡流也会产生热量这样的话会造成很多的能源浪费，还可能造成很多的能源浪费，还可能(knng)烧坏电器！（例如在电动烧坏电器！（例如在电动机和变压器里面的铁芯）。问题：里面铁芯的作用？机和变压器里面的铁芯）。问题：里面铁芯的作用？2、用绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替、用绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替(d

28、it)整块硅钢铁芯。整块硅钢铁芯。3、涡流、涡流(wli)的危害预防的危害预防预防：预防：1、增大铁芯材料的电阻率，常用的是硅钢。、增大铁芯材料的电阻率，常用的是硅钢。第28页/共32页第二十八页，共33页。二、电磁二、电磁(dinc)阻尼阻尼第29页/共32页第二十九页，共33页。定义：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安定义：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁电磁(dinc)阻尼。阻尼。第30页/共32页第三十页，共33页。三、电磁三、电磁(dinc)驱动驱动定义：如果

29、磁场相对于导体运动定义：如果磁场相对于导体运动(yndng)，在导体中会，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，安培产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动力使导体运动(yndng)起来，这种作用就是电磁驱动。起来，这种作用就是电磁驱动。第31页/共32页第三十一页，共33页。谢谢(xi xie)大家观赏！第32页/共32页第三十二页，共33页。内容(nirng)总结【观察】。灯泡A2立刻正常发光，跟线圈(xinqun)L串联的灯泡A1逐渐亮起来。导体中原电流减小时，自感电动势阻碍它减小。线圈(xinqun)越大、匝数越多，它的自感系数越大。给线圈(xinqun)中加入铁芯，自感系数比没有铁芯大得多。电感器：电路中的线圈(xinqun)又叫电感器。D灯A突然闪亮一下再突然熄灭。【说明】涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守电磁感应定律。谢谢大家观赏第三十三页，共33页。