4.6 互感和自感—2020-2021 高中物理选修3-2学案

第六节互感和自感

素养目标定位

※了解互感现象及互感现象的应用

※了解自感现象，认识自感电动势的作用

※知道自感系数的意义和决定因素。会分析自感现象中电流的变化,素养思维脉络

知识点1互感现象

1．互感

互不相连的并相互靠近的两个线圈，当一个线圈的电流变化时，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__，这种现象叫做互感。(如图所示)

2．互感电动势

互感现象中的电动势叫__互感电动势__。

3．互感的应用和危害

(1)互感现象可以把能量由一个电路传递到另__一个电路__。变压器就是利用互感现象制成的。

(2)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工作，这时要求设法减小电路间的互感。

知识点2自感现象

1．概念

由于导体__本身的电流__发生变化而产生的电磁感应现象，叫做自感现象。

2．自感电动势

由于__自感__而产生的感应电动势。

3．通电自感和断电自感

电路现象自感电动势的作用

通电自感接通电源的瞬时，灯泡A1逐

渐地__亮起来__

阻碍电流的__增加__

断电自感

断开开关的瞬间，灯泡A逐

渐__变暗__，直到熄灭

阻碍电流的__减小__ 知识点3自感系数

1．概念

自感电动势与导体中电流的变化率成正比，比例恒量即为__自感系数__，简称自感或电感。

2．决定因素

自感系数L与线圈的形状、长短、__匝数__及__有无铁芯__有关。线圈的横截面积越大，线圈越长，匝数越密，其自感系数L就__越大__。如果线圈内有铁芯，则自感系数L 会比没有铁芯时__大的多__。

3．单位

亨利(符号H)1H＝__103__ mH＝__106__μH。

4．物理意义

表征线圈产生自感电动势__本领大小__的物理量。数值上等于通过线圈的电流在1秒内改变1安时产生的自感电动势的大小。

知识点4磁场的能量

1．自感现象中的磁场能量

(1)线圈中电流从无到有，磁场从无到有，电源把能量输送给__磁场__，储存在__磁场__中。

(2)线圈中电流减小时，__磁场__中的能量释放出来转化为电能。

2．电的“惯性”

自感电动势有阻碍线圈中__电流变化__的“惯性”。

思考辨析

『判一判』

(1)当线圈中电流不变时，线圈中没有自感电动势。(√)

(2)当线圈中电流反向时，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相反。(×)

(3)当线圈中电流增大时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流方向相反。(√)

(4)当线圈中电流减小时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流方向相反。(×)

(5)互感现象是电磁感应的应用。(√)

(6)线圈的自感系数的大小与线圈中通入电流的大小有关。(×)

『选一选』

某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁芯的线圈L，小灯泡A ，开关S和电池组E，用导线将它们连接成如图所示的电路。检查电路后，闭合开关S，小灯泡发光；再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象。虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他冥思苦想找不出原因。你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是(C)

A．电源的内阻较大B．小灯泡电阻偏大

C．线圈电阻偏大D．线圈的自感系数较大

解析：在断电自感中，小灯泡是否闪亮取决于流过线圈L的电流要大于流过灯泡的电流，本实验未出现小灯泡闪亮的原因，最有可能是线圈电阻偏大，C正确。

『想一想』

如图所示，让几位同学“串联”在电路中，L是自感系数较大的多匝线圈，电源只需1节干电池即可。

闭合开关S前，学生的体验——“无感觉”；

闭合开关S后，学生的体验——“无感觉”；

断开开关S瞬间，同学突然受到电击——“迅速收回双手”。

这是为什么呢？

解析：断开开关S，线圈中电流迅速变小，线圈中产生很大的自感电动势以阻碍电路中原电流的减小，所以人会受到电击。

探究一对自感现象的理解

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思考讨论

i kao tao lun 1

如图所示，日光灯正常工作时，镇流器在电路中起什么作用？

提示：起限流作用和产生瞬时高压的作用。

G 归纳总结ui na zong jie

1．自感现象

自感现象是一种电磁感应现象，遵守法拉第电磁感应定律和楞次定律。

2．对自感电动势的理解

(1)产生原因：通过线圈的电流发生变化，导致穿过线圈的磁通量发生变化，因而在原线圈上产生感应电动势。

(2)自感电动势的方向：当原电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反；当原电流减小时，自感电动势方向与原电流方向相同(即：增反减同)。

(3)自感电动势的作用：阻碍原电流的变化，而不是阻止，原电流仍在变化，只是使原电流的变化时间变长，即总是起着推迟电流变化的作用。

3．对电感线圈阻碍作用的理解

①若电路中的电流正在改变，电感线圈会产生自感电动势阻碍电路中电流的变化，使得通过电感线圈的电流不能突变；②若电路中的电流是稳定的，电感线圈相当于一段导线，其阻碍作用是由绕制线圈的导线的电阻引起的。

4．自感电动势的大小

根据已知条件不同，自感电动势的大小可以有以下两种算法：

由E ＝n ΔΦΔt 计算，其中n 为线圈的匝数，ΔΦΔt

为线圈中磁通量的变化率。 由E ＝L ΔI Δt 计算，其中L 为线圈的自感系数，ΔI Δt

为线圈中电流的变化率。 D 典例剖析ian li pou xi 例1 如图所示，多匝电感线圈的电阻和电池内阻都忽略不计，两个电阻的阻值

都是R ，开关S 原来打开，电流为I 0，今合上开关将一电阻短路，于是线圈中有自感电动势产生，此电动势( D )