第四章 第6节

第6节互感和自感

一、互感现象

阅读教材第22页，了解互感现象的应用及危害。

1.互感：两个相互靠近的线圈，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，这种现象叫互感。

2.应用：利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈，如变压器就是利用互感现象制成的。

3.危害：互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间、电力工程和电子电路中，有时会影响电路的正常工作。

思维拓展

如图1是法拉第实验线圈。在实验中，两个线圈并没有用导线连接。

图1

(1)当其中一个线圈中有电流时，另一个线圈中是否会产生感应电流？

(2)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？

提示(1)不一定。当线圈中的电流为恒定电流时，在其周围空间产生的磁场不变，则在另一个线圈中就不会产生感应电流。只有当线圈中的电流变化时，在其周围空间产生变化的磁场，此时会在另一个线圈中产生感应电流。

(2)当一个线圈中的电流变化时，穿过两个线圈的磁通量都会变化，在另一个线圈

中就会产生感应电动势。

二、自感现象

阅读教材第22～24页，理解自感现象、自感电动势及自感系数的决定因素。

1.定义：当一个线圈中的电流发生变化时，它产生的变化的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也在它本身激发出感应电动势的现象叫自感。

图2

2.自感电动势对电流的作用：电流增加时，自感电动势阻碍电流的增加；电流减小时，自感电动势阻碍电流的减小。

实验1：演示通电自感现象

实验电路如图2所示，开关S接通时，可以看到灯泡2立即发光，而灯泡1是逐渐亮起来的。

实验2：演示断电自感现象。

图3

实验电路如图3所示，线圈L的电阻比灯泡的电阻小，接通电路，灯泡正常发光后，迅速断开开关S，可以看到灯泡闪亮一下再逐渐熄灭。

3.自感系数

(1)自感电动势的大小：E＝L ΔI

Δt，式中L是比例系数，叫作自感系数，简称自感或

电感。

(2)决定因素：线圈的大小、形状、圈数以及是否有铁芯等。

(3)单位：亨利，简称亨，符号是H。常用单位还有毫亨(mH)、微亨(μH)。1 H＝103 mH＝106μH。

思考判断

(1)自感现象中，感应电流方向一定和原电流方向相反。(×)

(2)线圈中产生的自感电动势较大时，其自感系数一定较大。(×)

(3)对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感电动势较大。(√)

(4)一个线圈中的电流均匀增大，自感电动势也均匀增大。(×)

三、磁场的能量

阅读教材第24页，了解磁场中的能量与自感现象的关系。

1.自感现象中的磁场能量

(1)线圈中电流从无到有时：磁场从无到有，电源的能量输送给磁场，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”。

预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中

对互感现象的理解

[要点归纳]

1.互感现象是一种常见的电磁感应现象，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。

2.互感现象可以把能量由一个电路传到另一个电路。变压器就是利用互感现象制成的。

3.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。

[精典示例]

[例1](多选)如图4所示是一种延时装置的原理图，当S1闭合时，电磁铁F将衔

铁D吸下，C线路接通，当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放。则()

图4

A.由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用

B.由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用

C.如果断开B线圈的开关S2，无延时作用

D.如果断开B线圈的开关S2，延时将变化

解析线圈A中的磁场随开关S1的闭合而产生，随S1的断开而消失。当S1闭合时，线圈A中的磁场穿过线圈B，当S2闭合，S1断开时，线圈A在线圈B中的磁场变弱，线圈B中有感应电流，B中电流的磁场继续吸引D而起到延时的作用，所以选项B正确，A错误；若S2断开，线圈B中不产生感应电流而起不到延时作用，所以选项C正确，D错误。

答案BC

[针对训练1]在同一铁芯上绕着两个线圈，单刀双掷开关原来接在点“1”，现把它从“1”扳向“2”，如图5所示，试判断在此过程中，在电阻R上的电流方向是()

图5

A.先由P→Q，再由Q→P

B.先由Q→P，再由P→Q

C.始终由Q→P

D.始终由P→Q

解析S从“1”扳开瞬间，B中磁通量减小，由楞次定律得电流Q→P；接触“2”的瞬间，B中磁通量增加，产生电流Q→P，故选项C正确。

答案 C

对自感现象的理解

[要点归纳]

1.自感现象的特点

(1)自感现象是由于通过导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。

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

(3)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；当原来电流减小时，自感电动势与原来电流方向相同，同样遵循“增反减同”的规律。

2.通电自感与断电自感比较

[精典示例]

[例2](多选)如图6所示的电路中，A、B为两个完全相同的灯泡，L是自感系数很大的线圈，其电阻与R相等，下列说法正确的是()

图6

A.在断开S2的情况下，若突然闭合S1时，A、B灯均逐渐亮起来

B.在断开S2的情况下，若突然闭合S1时，A灯立即发光，B灯逐渐亮起来

C.闭合S1、S2待电路稳定后，若突然断开S1，则A、B灯均不会立即熄灭

D.闭合S1、S2待电路稳定后，若突然断开S1，则A灯不会立即熄灭，而B灯立即熄灭

解析在断开S2的情况下，若突然闭合S1时，由于线圈的自感现象，出现自感电动势阻碍电流的增大，则A灯立即亮，B灯逐渐亮，A错误，B正确；当同时闭合S1、S2，待电路稳定后突然将S1断开，B灯立即熄灭，因自感现象，L与A 组成回路，A灯不会立即熄灭，而是逐渐熄灭，故选项C错误，D正确。

答案BD

自感线圈对电流的变化有阻碍作用，具体表现为

(1)通电瞬间自感线圈处相当于断路。

(2)断电时，自感线圈相当于电源，其电流由原值逐渐减小，不会发生突变(必须有闭合回路)。

(3)电流稳定时自感线圈相当于导体，若其直流电阻忽略不计，则相当于导线。[针对训练2]如图7所示的电路中，S闭合且稳定后流过电感线圈的电流是2 A，流过灯泡的电流是1 A，现将开关S突然断开，S断开前后，能正确反映流过灯