高中物理第四章电磁感应第6节互感和自感教学案新人教选修3-2

第6节 互感和自感

1.当一个线圈中的电流变化时，会在另一个线圈中

产生感应电动势，这种现象叫互感，互感的过程

是一个能量传递的过程。

2．一个线圈中的电流变化时，会在它本身激发出

感应电动势，叫自感电动势，自感电动势的作用

是阻碍线圈自身电流的变化。

3．自感电动势的大小为E ＝L ΔI Δt

，其中L 为自感系数，它与线圈大小、形状、圈数，以及是否有

铁芯等因素有关。

4．当电源断开时，线圈中的电流不会立即消失，说明线圈中储存了磁场能。

一、互感现象

1．定义

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的现象。产生的电动势叫做互感电动势。

2．应用

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、收音机的“磁性天线”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。在电力工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路正常工作。

二、自感现象和自感系数

1．自感现象

当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场在它本身激发出感应电动势的现象。

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

接通开关瞬间，灯泡A1

逐渐地亮起来

阻碍电流的增加断电自感

断开开关瞬间，灯泡A

逐渐变暗，直至熄灭

阻碍电流的减小

4．自感电动势的大小

E＝L

ΔI

Δt

，其中L是自感系数，简称自感或电感，单位：亨利，符号为H。

5．自感系数大小的决定因素

自感系数与线圈的大小、形状、圈数，以及是否有铁芯等因素有关。

三、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”。

1．自主思考——判一判

(1)两线圈相距较近时，可以产生互感现象，相距较远时，不产生互感现象。(×)

(2)在实际生活中，有的互感现象是有害的，有的互感现象可以利用。(√)

(3)只有闭合的回路才能产生互感。(×)

(4)线圈的自感系数与电流大小无关，与电流的变化率有关。(×)

(5)线圈自感电动势的大小与自感系数L有关，反过来，L与自感电动势也有关。(×)

(6)线圈中电流最大的瞬间可能没有自感电动势。(√)

2．合作探究——议一议

(1)如何理解互感现象？

提示：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)断电自感现象中，为什么有的灯泡逐渐熄灭，有的灯泡闪亮后再逐渐熄灭？

提示：断电前，流过灯泡的电流I1取决于灯泡两端的电压和灯泡自身的电阻，断电后，

流过灯泡的电流取决于线圈中的电流，设线圈中电流断电前为I2，断电后逐渐减小，则灯泡中电流也由I2逐渐减小。所以，若I2≤I1，灯泡中电流由I2逐渐减小，灯泡逐渐变暗；若I2>I1，灯泡中电流先增大后减小，灯泡闪亮后逐渐熄灭。

(3)断电自感现象中，在断开开关后，灯泡仍然亮一会，是否违背能量守恒定律？

提示：不违背。断电时，储存在线圈内的磁场能转化为电能，用以维持回路保持一定时间的电流，直到电流为零时，磁场能全部转化为电能并通过灯泡(或电阻)转化为内能，可见自感现象遵循能量守恒定律。

对通电自感的理解

如图4­6­1所示的电路，两灯泡规格相同，接通开关后调节电阻R，使两个灯泡亮度相同，然后断开电路，再次接通的瞬间：

图4­6­1

条件现象原因

S闭合的瞬间

A2先亮由于A2支路为纯电阻，不产生自感现象A1逐渐亮起由于L的自感作用阻碍A1支路电流增大

[典例] 如图4­6­2所示，灯L1、L2完全相同，带铁芯的线圈L的电阻可忽略，则( )

图4­6­2

A．S闭合的瞬间，L1、L2同时发光，接着L1变暗，L2更亮，最后L1熄灭

B．S闭合瞬间，L1不亮，L2立即亮

C．S闭合瞬间，L1、L2都不立即亮

D．稳定后再断开S的瞬间，L2熄灭，L1比L2(原先亮度)更亮

[思路点拨] 解答本题应把握以下两点：

(1)闭合S瞬间，线圈L由于自感，对电流有阻碍作用，等稳定后，由于线圈L的电阻可忽略，所以相当于短路。

(2)断开S的瞬间，线圈L由于自感，且线圈L与灯泡L1组成了回路，所以电流不会立即消失。

[解析] S接通的瞬间，线圈L支路中电流从无到有发生变化，因此，线圈L中产生的自感电动势阻碍电流增加。由于有铁芯，自感系数较大，对电流的阻碍作用也就较强，所以S接通的瞬间线圈L中的电流非常小，即干路中的电流几乎全部流过L1、L2，所以L1、L2会同时亮。

又由于线圈L中电流很快稳定，感应电动势很快消失，L的阻值可忽略，对L1起到“短路”作用，因此，L1熄灭。这时电路的总电阻比刚接通时小，由恒定电流知识可知，L2会比以前更亮。

[答案] A

(1)当流过线圈的电流从零开始增大，也可理解为线圈的电阻由无穷大逐渐减小到零。

(2)当流过线圈中的电流稳定后，线圈相当于导线；如果线圈对电流有阻碍作用，则相当于纯电阻。

1.如图4­6­3所示，线圈L的电阻和电源内阻都很小，可忽略不计，电路中两个电阻的阻值均为R，开始时开关S断开，此时电路中电流为I0。现将开关S闭合，线圈L中有自感电动势产生，下列说法中正确的是( )

图4­6­3

A．由于自感电动势有阻碍电流的作用，电路中电流最终由I0减小到零

B．由于自感电动势有阻碍电流的作用，电路中电流最终小于I0

C．由于自感电动势有阻碍电流的作用，电路中电流将保持I0不变

D．自感电动势有阻碍电流增大的作用，但电路中电流最终还要增大到2I0

解析：选D 当开关S闭合时，通过线圈的电流增大，在线圈中产生自感电动势，自感电动势阻碍电流的增大，但“阻碍”不是“阻止”，“阻碍”实质上是“延缓”，电路中的