H4.6互感和自感

氖泡 电容器
自感现象的应用—日光灯的工作原理
开关闭合后，电源电压加 在起动器两极之间，由于两极 间距较近，使氖气放电而发出 辉光。辉光产生的热量使U形 动触片膨胀伸长跟静触片接触 而将电路接通。此时，灯管灯 丝因有电流通过发热而对灯管 中的汞蒸气预热。 与此同时，起动器中的氖气停止放电，U型动触片冷却收 缩而与静触片分开，电路断开，这一瞬间的的电流变化，使镇 流器中的线圈因电流急剧减少而产生很高的自感电动势，这个 电源电动势与原电压加在一起，使灯管两端产生瞬间高压，使 水银蒸气变成离子而导电，日光灯被点燃而发光。
课堂练习
练习7：如图所示的电路中，A1和A2是完全相同的两只灯泡， 线圈L的电阻可以忽略，下面说法中正确的是（ AD ） A．合上开关S接通电路时，A2先亮，A1后亮，最后一样亮 B．合上开关S接通电路时，A1和A2始终一样亮 C．断开开关S切断电路时，A2立刻熄灭，A1过一会才熄灭 D．断开开关S切断电路时，A1、A2都要延迟一会再熄灭
高中物理·选修3-2·人教版
第四章
电磁感应
4.6 互感与自感
一、互感现象
问题：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 个线圈中为什么会 产生感应电动势呢？
两个线圈之间并没有导线相连，但当一 个线圈中的电流变化时，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 互感现象 ，这种感应电动势 叫做 互感电动势 。 利用互感现象可以把 能量 由一个 线圈传递到另一个线圈。变压器就是利用互 感现象。
自感现象中的能量转化
问题：在断电自感的实验中，为什么开关断开后，灯泡 的发光会持续一段时间？甚至可能会比原来更亮？试从 能量的角度加以讨论。 电流增大时，自感电动势阻碍电流增大，电流克服自 感电动势做功，电能转化为磁场能；当电流稳定达到 最大，自感电动势为零。当电流减小时，线圈内的磁 场能开始释放，转化为电能提供电流，因而在开关断 开瞬间，灯泡不立即熄灭。
课堂练习
练习1：电路如图所示，A1和A2是完全相同的两灯泡，L和 R的直流电阻相同。当开关S闭合时，将看到怎样的现象， 试分析产生这种现象的原因。 L 1 现象：S闭合时，灯2先达最亮， 然后亮度逐渐下降；灯1的亮度逐 渐亮起来，稳定后两灯泡的亮度 相同。
2
R S
R1
注意：对于线圈而言，通电瞬间相当于一个极大的电阻， 断电瞬间相当于一个电源，电流稳定时就是一个直流电阻。
课堂练习
练习3、如图所示，L为自感系数较大的线圈，电路稳定后小灯 泡正常发光，当断开开关S的瞬间会有什么现象（ A．灯A立即熄灭 B．灯A慢慢熄灭 C．灯A突然闪亮一下再慢慢熄灭
A
A
）
D．灯A突然闪亮一下再突然熄灭
课堂练习
练习4：如图电路中电源内阻不能忽略，R阻值和L的自 感系数都很大，A、B为两个完全相同的灯泡，当S闭合 时，下列说法正确的是（ B ) A．A比B先亮，然后A灭 B．B比A先亮，然后B逐渐变暗 C．A、B一起亮，然后A灭 D．A、B一起亮，然后B灭
日光灯结构：
工作条件：
起辉电压：700V以上 工作电压：40W灯管100V左右
发出紫外线 两端灯丝给 气体加热 并给气体加 上高电压
受到紫外 线照射时
在高压下 导电
荧光粉发 出可见光
镇流器结构和作用： 启动时提供瞬时高压 正常工作时降压限流
启动器组成和作用： 起到一个开关的作用 能使动靜触片 不产生电火花 保护触点
这种由于导体自身的电流变化所 产生的电磁感应现象是一种特殊的电 磁感应现象
图—1
A
S
图—2
二、自感现象
1、由于导体本身的电流变化而产生的 电磁感应现象叫自感现象。
2、自感现象产生的原因 ： 导体本身电流变化，引起磁通量的变化。
二、自感现象
实验1：（电路中电流传感器相当于电流表，因此用 A 来表示）
自感现象的应用—日光灯的工作原理
想一想：镇流器在日光 灯正常工作时，起什么 作用？
日光灯管点燃后，由于靠离子导电，电阻很小，要求的 电流小，且日光灯管是用交流电源（大小和方向都随时间变化 的电流）供电，此时镇流器产生自感电动势，阻碍电流的变化， 从而镇流器在灯管正常发光时起到降压限流的作用，保证日光 灯管的正常工作。
L
A
R S
二、自感现象
现象：当开关闭合时，L中的电流并没有立刻消失，而是缓慢地减 小到零.
I的变化
B的变化
Φ的变化
E感
阻碍
I的变化
二、自感现象
实验2：
如实验1中的电路， （1）传感器测量R的电流，当开关S断开时， 获得R中的电流随时间的变化图像。 （2）观察图像有什么特点？ （3）分析图像为什么有这样的特点。
课堂练习
练习2．电路如图所示，小灯泡电阻为R，线圈L的直流电阻为r，当开关 S断开时，将看到灯泡怎样的现象，试分析产生这种现象的原因。
A
I
IA L O
t
S
当r>R时，IL<IA，灯泡先立即暗一些，然后渐渐熄灭； 当r=R时，IL=IA，灯泡由原亮度渐渐熄灭； 当r<R时，IL>IA，灯泡先闪亮一下，才逐渐熄灭。
三、自感现象的应用和防止 1 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， 在这类电路中应采用特制的开关。
自感现象的防止 由于两根平行导线中的 电流方向相反，它们的磁 场可以互相抵消，从而可 以使自感现象的影响减弱 到可以忽略的程度。
自感现象的应用和防止
小明去断开正在工作的 大功率电动机的开关时， 被突然产生的电火花击中 了，想一想，为什么？ 变压器、电动机等器材都 有很大的线圈，当电路中的开 关断开时，会产生很大的自感 电动势，使得开关的金属片之 间产生电火花，烧蚀接触点， 甚至引起人身伤害。因此，大 型用电器开关最好装在金属壳 中，或使用油浸开关。
互感应用
(1)收音机里的“磁性天线”利用互感将广播信号 从一个线圈传送给另一线圈.
(2).
变压器
特别提醒： 互感是一种常见的电磁感应现象！要注意，它 不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且 可以发生于任何相互靠近的电路之间.
B A
S
1
产生电磁感应的条件是什么？
2 在图-1接通Ｓ，B线圈会不会产生 感应电动势？为什么? 3 在图-2中接通Ｓ，线圈会不会产生 感应电动势？为什么?
L
1．电路如图所示,当开关S闭合后，由传 感器得到R中的电流随时间变化的图像。
R S
A
二、自感现象
2．传感器与L串联，当开关S闭合后，由 传感器得到L中的电流随时间变化的图像。
L
A
R
S
二、自感现象
3．对比两次图像有什么不同？
L
A
R
S
L
A
R S
二、自感现象
不同：开关S闭合后，定值电阻R所在支路的电流迅速增加 到正常值；而线圈L所在支路需要经历一定时间电流才能达 L 到正常值。 B 线 A 圈 I 现象分析 的 通 电 自 感 R 现 象
自感现象
5、自感电动势的大小：
I t t
E t
I EL t
即自感电动势的大小与电流的变化率成正比，式中L叫作 该线圈的自感系数。
自感系数L
1、L的意义：表征线圈产生自感电动势本领大小的物理 量。在数值上等于通过线圈的电流在1秒内改变1A时产 生的自感电动势的大小； 2、影响L的因素：实验表明，线圈的长度越长，线圈的面 积越大，单位长度上的匝数越多，线圈的自感系数越大。 此外，线圈有铁芯时比无铁芯时的自感系数大得多； 3、L的单位：亨利，符号“H”. 1H=103mH=106μH
课堂练习
练习8：关于线圈的自感系数，下面说法正确的是（ D ） A、线圈中产生的自感电动势越大，线圈的自感系数一定越大 B、线圈中电流变化越快，自感系数越大 C、线圈中的电流为零，自感系数也为零 D、线圈的自感系数是由线圈本身的几何尺寸及有无铁芯情况 决定的量
S
I的变化
B的变化
Φ的变化
E感
阻碍
I的变化
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，所以虽延缓了电流变化的 进程，但最终电流仍然达到最大 值，B最终会正常发光。
二、自感现象
实验2：
如实验1中的电路， （1）传感器测量L的电流，当开关S断开时， 获得L中的电流随时间的变化图像。 （2）观察图像有什么特点？ （3）分析图像为什么有这样的特点。
课堂练习
练习5：如图所示，A、B、C是相同的白炽灯，L是自感 系数很大，电阻很小的自感线圈，今将K闭合，下面说 B ） 法正确的是（ A．B、C灯同时亮，A灯后亮； B．A、B、C灯同时亮，然后A灯逐渐变暗，最后熄灭 C．A灯一直不亮，只有B和C灯亮 D．以上说法都不对
课堂练习
练习6：如下图(a)、(b)中，电阻R和自感线圈L的电阻值 相等，接通S，使电路达到稳定状态，灯泡D发光，则( D ) ①在电路(a)中，断开S，D将渐渐变暗 ②在电路(a)中，断开S，D将先变得更亮，然后渐渐变暗 ③在电路(b)中，断开S，D将渐渐变暗 ④在电路(b)中，断开S，D将先变得更亮，然后渐渐变暗 A．①③ B．②③ C．②④ D．①④
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2 应用： 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。如日光灯的镇 流器等。
应用广泛的日光灯
日光灯优点
（1）比白炽灯省电。发光效率是白炽灯的5-6倍. （2）日光灯的发光颜色比白炽灯更接近日光，光色好 且发光柔和. （3）白炽灯：寿命短，普通白炽灯的寿命只有1000 3000小时之间.日光灯寿命较长，一般有效寿命是 3000-6000小时.
L
R S
A
二、自感现象
现象：当S断开后，R中的电流并没有立刻消失，而是方向发生改 变，并逐渐减小到零。
线圈中产生感应电动势，此时线圈相当于电源为R充电，此时电流 与R原来的电流方向相反. L
A
R S
线 圈 的 断 电 自 感 现 象
I的变化
B的变化
Φ的变化
E感
阻碍
I的变化
自感现象
1、定义：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； 2.自感现象中产生的电动势叫自感电动势； 3.自感电动势的作用：阻碍导体中原来的电流变化； 4.自感电动势的方向：导体电流增加时，此时自感电 动势方向与原电流方向相反；导体电流减小时，此时 自感电动势方向与原电流方向相同;