高中物理第一章电磁感应第七节自感现象及其应用预习导学案粤教版选修

第七节自感现象及其应用

【思维激活】

1.在接通或断开电动机电路时，在开关处会产生火花放电，你知道为什么吗？

提示：电动机电路是含有线圈的电路，在通电瞬间或断电瞬间，线圈中就会有电流的巨大变化，从无到有或从有到无，在也会产生电磁感应现象，产生感应电动势，由于变化较快，感应电动势会比较大，加在开关的动片与静片之间，就会形成火花放电。这是自感现象。]

2.在日常生活中，若发现或怀疑家用煤气泄漏，选用了打电话报警的方式求助，你认为这种方法正确吗？

提示：不正确，打电话时会产生火花引起火灾，酿成更大的事故。

【自主整理】

1.互感现象：绕在同一铁芯的两个线圈，当其中一个线圈上的电流变化时，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，这种现象就叫互感。

2.自感现象：当一个线圈中的电流发生变化时，它所产生的变化磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也会在它本身激发出感应电动势。这种由于导体本身的电流发生变化而使自身产生电磁感应的现象叫做自感。

3.自感电动势：由于自感而产生的感应电动势叫做自感电动势。

4自感系数：自感系数L简称自感或电感，它跟线圈的大小、形状、圈数以及是否有铁芯等因素有关，线圈的横截面积越大、线圈绕制得越密、匝数越多，它的自感系数就越大，另外有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大.单位：________，符号是H.常用的还有_____（mH）和_____（μH），换算关系是：1 H=____mH=____μH.。

5.磁场的能量：线圈中有电流，就有磁场，________就储存在磁场中。

【高手笔记】

1.自感现象是否符合楞次定律？

剖析：自感现象是一种特殊的电磁感应现象，其规律符合楞次定律，即感应电动势阻碍磁通量的变化。只不过由于自感现象中磁通量的变化是由于电路中电流的变化引起的。所以，自感电动势直接表现为阻碍原电源的变化。这里要着重强调阻碍的含义：“阻碍”不是“相反”：原电流增加时“反抗”；原电流减小时“反抗”；原电流减小时“补偿”。“阻碍”不是“阻止”：自感现象虽然延缓了电流变化进程，但最终电流还是要变化到稳定时应有的值。

2.对断电自感应如何分析？

剖析：对图1-7-1所示电路，普遍存在这样的错误认识：断开开关S，流过L的电流迅速减小，线圈L中产生一个很大的自感电动势，自感电动势在线圈中产生一个比原来的电流还要大的感应电流，从而使灯泡闪亮一下，其实，出现明显闪烁现象的根本原因是I L>I A，而I L和I A是电路处于稳定状态时两支路的电流。电路稳定时，线圈L也只相当于一个电阻。因此，线圈的直流电阻R L<

图1-7-1

由于原来流过线圈的电流I L大于流过灯泡A的电流I A，断开开关S后，最初的一小段时间（t1-t0）内流过灯泡A的电充大于I A，故灯泡会闪烁。

图1-7-1是L中电流的变化情况。

t0时刻断开开关S，t0时刻后的电流也是灯泡中的电流。

【名师解惑】

1.自感现象

（1）实验电路

图1-7-2为通电自感实验，图1-7-3为断电自感实验。

图1-7-2 图1-7-3

（2）实验现象

在图1-7-2中，闭合开关S，灯泡A2立刻正常发光，而跟线圈L串联的灯泡A1却是逐渐亮起来。

在图1-7-3中，断开开关S，灯泡A并非立即熄灭，而是过一会才逐渐熄灭。

（3）实验分析

①现象分析：

上述两种实验电路中有一个共同点，那就是闭合开关或断开开关时，流过线圈的电流都发生变化。

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本质分析：

由法拉第电磁感应定律知道，穿过线路的磁通量发生变化时，线路中就产生感应电动势。在自感现象中，由于流过线圈的电流发生变化，导致穿过线圈的磁通量发生变化而产生自感电动势。

注意：在图1-7-2中，通过时产生的自感电动势阻碍线圈的电流增加，故A1逐渐亮起来；在图1-7-3中断电时产生的电动势阻碍线圈的电流减小，当S断开后，灯泡A和线圈L 组成了新的闭合电路，自感电动势所提供的电流方向和线圈中原来的电流方向相同，但流过A的电流方向却和原来相反。

小结：自感电动势的作用：总是阻碍导体中原电流变化，即总是起着推迟电流变化的作用。

自感电动势的方向：自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化，当原来电流增大时，自感电动势与原来电流方向相反；当原来电流在减小时，自感电动势与原来电流方向相同。

③从能量角度分析

在断电实验中，S断开前后，线圈L中有电流，则线圈中有磁场能。S断开后，线圈所储有的磁场能通过灯泡释放出来，流过线圈的电流在原来大小的基础上逐渐减小，由于

I L

2.自感电动势与自感系数

（1）自感电动势

在自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势。其作用是阻碍导体本身电流的变化。 表达式：t

I L E ∆∆= E 即自感电动势与电流的变化率成正比，其中L 为自感系数。

（2）自感电动势的方向

自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化，当原来电流增大时，自感电动势与原来电流方向相反；当原来电流在减小时，自感电动势与原来电流方向相同。

（3）自感系数L

①自感系简科称自感或电感，不同的线圈，在电流变化相同的条件下，产生的自感电动势不同，电学中用自感系数来表示线圈的这种特性。

②线圈的长度越长，线圈的面积越大，单位长度上匝数越多，线圈的自感系数越大，线圈中有铁芯比无铁芯时自感系数大。

③单位：亨利，符号H ，1H=103mH=106μH

④物理意义：

表示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1s 内改变1A 时产生的自感电动势的大小。

3.在断电自感中，灯泡更亮一下的条件是什么？

在如图1-7-4所示的电路中，当开关S 断开后，灯泡A 是否会更亮一下？更亮一下的条件是什么？

图1-7-4

该天关闭合时，电源路端电压为U ，线圈的电阻为R L ，灯泡的电阻为R A ，则通过线圈的电流为L L R U I =，通过灯泡的电流为L

A R U I =。当开关断开后，线圈中灯泡组成的回路中的电流从I L 开始减弱。

若R A >R L ，有I A

4.线圈对变化电流的阻碍作用与对稳定电流的阻碍作用有何不同

（1）两种阻碍作用产生的原因不同

线圈对稳定电流的阻碍作用，是由绕制线圈的导线的电阻决定的，对稳定电流阻碍作用的产生原因，是金属对定向运动电子的阻碍作用，具体可用金属导电理论理解。

线圈对变化电流的阻碍作用，是由绕圈的自感现象引起的，当通过线圈中的电流变化时，穿过线圈的磁通量发生变化，产生自感电动势，根据楞次定律知，当线圈中的电流增加时，线圈中的自感电动势与电流方向相反，阻碍电流的增加，如图1-7-5甲所示，当线圈中的电流减小时，线圈中的自感电动势与电流方向相同，阻碍电流减小（图1-7-5乙）