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1、互感和自感互感和自感第四章第四章 电磁感应电磁感应第第6 6节节 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，在另一个线圈中产生感应电流（说明产生了感应电动势）。中产生感应电流（说明产生了感应电动势）。思考思考1 1：A AB BS S 在图中接通，在图中接通，B B线圈会不会产生感应电线圈会不会产生感应电动势？为什么动势？为什么? ?开关开关S S一、互感现象一、互感现象1 1、互感：当一个线圈中电流变化，在另一个线圈、互感：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
2、产生感应电动势的现象，称为互感互感。互感现象。互感现象中产生的感应电动势，称为中产生的感应电动势，称为互感电动势。互感电动势。2 2、利用互感现象可以把能量从一个线圈传递到另、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。应用。变压器就是利用互感现象制成的。收音机里的磁性天线收音机里的磁性天线. . ABSGCDI问题情景：问题情景：如图闭合开关瞬间，如图闭合开关瞬间，CD中会有感应电流吗？这是中会有感应电流吗？这是互感吗？互感吗？3、互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线、互感
3、现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间圈之间,而且可以发生于任何两个相互靠近的电路而且可以发生于任何两个相互靠近的电路之间。在电力工程中和电子电路中，互感现象有时之间。在电力工程中和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，要设法减小互感。会影响电路的正常工作，要设法减小互感。S S接通瞬间，线圈接通瞬间，线圈L L本身中会不会产生感应本身中会不会产生感应电动势？电动势？思考思考2 2：A AS S二、自感现象二、自感现象1 1、自感：由于导体本身的电流发生变化而产生的、自感：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。电磁感应现象，叫自感现象。( (“自我感应自我感应
4、”) )2 2、自感电动势：自感现象中产生的电动势叫自感、自感电动势：自感现象中产生的电动势叫自感电动势电动势, ,用用E E表示。表示。3 3、自感电动势作用：阻碍原线圈中的电流变化。、自感电动势作用：阻碍原线圈中的电流变化。 导体电流导体电流增加增加时，阻碍电流增加，此时自感电时，阻碍电流增加，此时自感电动势方向与原电流方向动势方向与原电流方向相反相反； 增反减同增反减同4.自感电动势的方向：自感电动势的方向： 导体电流导体电流减小减小时，阻碍电流减小，此时自感电时，阻碍电流减小，此时自感电动势方向与原电流方向动势方向与原电流方向相同相同。现象：现象：灯泡灯泡A A2 2立刻正常发光立刻正
5、常发光, , 灯泡灯泡A A1 1逐渐亮起来。逐渐亮起来。分析分析: :电路接通时电路接通时, ,电流由零开始增加电流由零开始增加, ,穿过线圈穿过线圈L L的磁通量的磁通量逐渐增加逐渐增加,L,L中产生的感应电动势的方向与原来的电流方向中产生的感应电动势的方向与原来的电流方向相反相反, ,阻碍阻碍L L中电流增加中电流增加, ,即推迟了电流达到正常值的时间。即推迟了电流达到正常值的时间。演示实验演示实验1 ：A A1 1、A A2 2是规格完全一样的灯泡是规格完全一样的灯泡. .闭合电闭合电键键S,S,调节变阻器调节变阻器R R, ,使使A A1 1、A A2 2亮度相同亮度相同, ,再调节
6、再调节R R1 1, ,使使两灯正常发光两灯正常发光, ,然后断开开关然后断开开关S.S.重新闭合重新闭合S,S,观察到观察到什么现象什么现象? ? 通通电电自自感感 线圈中出现的感应电动势只是阻碍线圈中出现的感应电动势只是阻碍了原电流的的变化，而非阻止，所以虽了原电流的的变化，而非阻止，所以虽延缓了电流变化的进程，但最终电流仍延缓了电流变化的进程，但最终电流仍然达到最大值，然达到最大值，A1最终会正常发光。最终会正常发光。电流分析：电流分析：i1i2i2 2i1 1I It t 当电键闭合后，通过灯泡当电键闭合后，通过灯泡A A1 1的的电流随时间变化的图像为电流随时间变化的图像为 _图；通
7、过灯泡图；通过灯泡A A2 2的电流随时间变的电流随时间变化的图像为化的图像为_图。图。ItItItItA B C DCA. .分析：分析：在电路断开的瞬间，通过线圈在电路断开的瞬间，通过线圈L L的电流突然减弱，的电流突然减弱，穿过线圈的磁通量也就很快减少，因而在线圈穿过线圈的磁通量也就很快减少，因而在线圈L L中产生与中产生与原电流方向相同的感应电动势。虽然这时电源已经断开，原电流方向相同的感应电动势。虽然这时电源已经断开，但线圈但线圈L L和灯泡和灯泡A A组成了闭合电路，在这个电路中有感应电组成了闭合电路，在这个电路中有感应电流通过，所以灯泡不会立即熄灭。流通过，所以灯泡不会立即熄灭。
8、现象现象: : S S断开时断开时, ,A A 灯突然闪亮一下才熄灭。灯突然闪亮一下才熄灭。演示实验演示实验2 ：接通电路接通电路,待灯泡待灯泡A正常发光正常发光.然后然后断断开电路开电路,观察到什么现象观察到什么现象?断断电电自自感感iAiL电流分析：电流分析：O Ot tiiLiLiiiAiL1.1.当当iL LiA A时时, ,会闪一下会闪一下, ,再逐渐熄灭；再逐渐熄灭； 当当iL LiA A时时, ,不会闪不会闪, ,逐渐熄灭。逐渐熄灭。2.2.原来的原来的iL L和和iA A哪一个大，要由哪一个大，要由L L的直流电阻的直流电阻R RL L与与A A的电阻的电阻R RA A的大小来
9、决定：的大小来决定：如果如果R RL LRRA A，则，则iL LiA A；如果；如果R RL LR iA A。iLiLii任何断电现象时都会闪亮一下吗任何断电现象时都会闪亮一下吗? ?例：例：如图，如图，L为一个纯电感线圈（直流电阻为零），为一个纯电感线圈（直流电阻为零），A为一个灯泡，下列说法正确的是：为一个灯泡，下列说法正确的是： A、开关、开关S接通瞬间无电流通过灯泡接通瞬间无电流通过灯泡B、开关、开关S接通后，电路稳定时，无电流通过灯泡接通后，电路稳定时，无电流通过灯泡C、开关、开关S断开瞬间无电流通过灯泡断开瞬间无电流通过灯泡D、开关、开关S接通瞬间及接通稳定后，灯泡有由接通瞬间及
10、接通稳定后，灯泡有由a到到b的电流，而在开关的电流，而在开关S断开瞬间，灯泡中有从断开瞬间，灯泡中有从b到到a的电流的电流L La ab bA ASL La ab b分析分析 ：L La ab b分析分析 ：1.如图所示，如图所示，L为自感系数较大的线圈，电路稳定为自感系数较大的线圈，电路稳定后小灯泡正常发光，当断开电键的瞬间会有后小灯泡正常发光，当断开电键的瞬间会有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L A 2.如图所示，线圈的直流电阻为如图所示，线圈
11、的直流电阻为10,灯泡电阻灯泡电阻R=20 ,线圈的自感系数很大线圈的自感系数很大,电源的电动势电源的电动势6V，内阻不计内阻不计,则在闭合则在闭合S的瞬间，通过的瞬间，通过L的电流为的电流为 A,通过灯的电流为通过灯的电流为 A;S闭合后电路中的电流稳定闭合后电路中的电流稳定时断开时断开S的瞬间的瞬间,通过灯的电流为通过灯的电流为 A，方向与原，方向与原电流方向电流方向 ，灯泡，灯泡 （填会或不会）闪亮（填会或不会）闪亮一下后熄灭。一下后熄灭。 00.30.6相反相反LS会会思考思考3 3： 自感电动势与什么因素有关？为了使灯泡闪亮自感电动势与什么因素有关？为了使灯泡闪亮效果更明显对线圈效果
12、更明显对线圈L应该有什么样的要求应该有什么样的要求?三、自感系数三、自感系数1 1、自感电动势的大小：与电流的变化率成正比、自感电动势的大小：与电流的变化率成正比2 2、 L L：自感系数：自感系数简称自感或电感简称自感或电感3 3、单位：、单位：亨利亨利，简称：，简称：亨亨，符号：，符号： H H。 常用单位：毫亨（常用单位：毫亨（m Hm H） 微亨（微亨（H H） 实验表明，线圈越大，越粗，匝数越多，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。数比没有铁芯时大得多。由于两根平行导线中的由于两
13、根平行导线中的电流方向电流方向相反相反，它们的磁，它们的磁场可以互相抵消，从而可场可以互相抵消，从而可以使自感现象的影响减弱以使自感现象的影响减弱到可以忽略的程度。到可以忽略的程度。4. 4. 应用：应用： 在交流电路中、在各种用电设备和无线在交流电路中、在各种用电设备和无线电技术中有着广泛的应用。电技术中有着广泛的应用。(1)(1)双线绕法消除自感：双线绕法消除自感：日光灯结构：日光灯结构：（2 2）日光灯原理：）日光灯原理： 镇流器的作用镇流器的作用是自感系是自感系数很大的带铁心的线圈，启动数很大的带铁心的线圈，启动时，产生高电压，帮助点亮灯时，产生高电压，帮助点亮灯泡；泡； 正常工作时的
14、线圈起降正常工作时的线圈起降压限制电流作用，保护灯管。压限制电流作用，保护灯管。 启动器的作用启动器的作用自动开关自动开关可用普通开关或短绝缘导线代可用普通开关或短绝缘导线代替。正常工作时不起作用，可替。正常工作时不起作用，可以去掉。以去掉。 瞬时开关瞬时开关瞬时高压瞬时高压电源电源正常工作时降正常工作时降压限流压限流 1.1.家用日光灯电路如图，家用日光灯电路如图，S S为启动器，为启动器，A A为为灯管，灯管，L L为镇流为镇流器，关于日光灯的工作原理，下列说法正确的是：（器，关于日光灯的工作原理，下列说法正确的是：（ ）A. 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
15、为直流电B. B. 在日光灯的启动阶段，镇流器能提供一个瞬时高压，在日光灯的启动阶段，镇流器能提供一个瞬时高压，使灯管开始工作使灯管开始工作C.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.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的220VALS2.2.下列说法正确的是（下列说法正确的是（ ）A A日光灯开始工作时，需要启动器日光灯开始工作时，需要启动器B B日光灯开始工作时，不需要镇流器日光灯开始工作时，不需要镇流器C C日光灯正常工作时，需要启动器日光灯正常工作时，需要启动器D D日
16、光灯正常工作时，不需要镇流器日光灯正常工作时，不需要镇流器5.自感系数很大有时会产生危害：自感系数很大有时会产生危害：6. 6. 防止：在切断自感系数很大、电流很强的电路防止：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。路中应采用特制的开关。思考思考4 4： 为何通电时，与电感线圈相连的灯会延迟一会为何通电时，与电感线圈相连的灯会延迟一会儿才达到最后的亮度？为何断电时，和电感线圈组儿才达到最后的亮度？为何断电时，和电感线圈组成闭合电路的灯会闪亮一下后才熄灭？成闭合电路的灯会闪亮一下后才熄灭？四、
17、磁场的能量四、磁场的能量1 1、通电自感：通电时，电能首先要转化为线圈磁、通电自感：通电时，电能首先要转化为线圈磁场能，然后再转化为灯场能，然后再转化为灯A A1 1的电能，故灯的电能，故灯A A1 1过一会儿过一会儿才亮。才亮。2、断电自感：断电前，线圈中有电流，则线圈中、断电自感：断电前，线圈中有电流，则线圈中有磁场能，断电后，线圈存有的磁场能通过灯释放有磁场能，断电后，线圈存有的磁场能通过灯释放出来，使灯延迟熄灭。出来，使灯延迟熄灭。通电自感通电自感断电自感断电自感有人借用力学中的术语，说线圈能够体现电的有人借用力学中的术语，说线圈能够体现电的“惯性惯性”。1.1.关于自感现象，下列说法
18、正确的是（关于自感现象，下列说法正确的是（ ）A A、感应电流一定和原电流方向相反、感应电流一定和原电流方向相反B B、线圈中产生的自感电动势较大时，其自感系、线圈中产生的自感电动势较大时，其自感系数一定较大数一定较大C C、对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中、对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感系数较大的自感系数较大D D、对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中、对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感电动势也较大的自感电动势也较大A.A.使电路的电流减小，最后使电路的电流减小，最后 减小为零减小为零B.B.有阻碍电流增大的作用，最后电流小于有阻碍电流增大的作用，最后电流小于
19、C.C.有阻碍电流增大的作用，因而电流总保持不变有阻碍电流增大的作用，因而电流总保持不变D.D.有阻碍电流增大的作用，但电流最后还是变为有阻碍电流增大的作用，但电流最后还是变为2.2.如图所示，两个电阻均为如图所示，两个电阻均为R R，电感，电感线圈线圈L L的电阻及电池内阻均可忽略不计，的电阻及电池内阻均可忽略不计，S S原来断开，电路中电流原来断开，电路中电流 ，现将现将S S闭合，于是电路中产生了自感电动势，闭合，于是电路中产生了自感电动势，此自感电动势的作用是（此自感电动势的作用是（ ）3.L3.L是一带铁芯的线圈，是一带铁芯的线圈，R R为电阻。两条支路的直流为电阻。两条支路的直流电
20、阻相等。那么在接通和断开电键的瞬间，两电电阻相等。那么在接通和断开电键的瞬间，两电流表的读数流表的读数I1 1、I2 2的大小关系是（的大小关系是（ ）A A、接通时、接通时I1 1 I2 2；B B、接通时、接通时I2 2 I2 2，断开时，断开时I1 1 I2 2；D D、接通时、接通时I1 1= =I2 2，断开时，断开时I1 1 I2 2。R2LR1SA1A24.4.如图如图ABAB是相同的小灯泡，是相同的小灯泡，L L是带铁芯的线圈，是带铁芯的线圈，电阻不计，调节电阻不计，调节R R，电路稳定时，两灯泡都正常，电路稳定时，两灯泡都正常发光，则在开关合上和断开时发光，则在开关合上和断开时 （ ）A A、两灯同时亮，同时灭、两灯同时亮，同时灭B B、合上、合上S S，B B比比A A先达到正常发光状态先达到正常发光状态C C、断开、断开S S，ABAB两灯都不会立即两灯都不会立即灭，通过灭，通过ABAB两灯的电流方向都两灯的电流方向都与原电流方向相同与原电流方向相同D D、断开、断开S S时，时，A A灯会突然闪亮灯会突然闪亮一下后，再熄灭一下后，再熄灭
