2017--2018学年高中物理第四章电磁感应6互感和自感学案新人教版选修3_2

6 互感和自感

[目标定位] 1.知道互感现象和自感现象.2.观察通电自感和断电自感实验现象，了解自感现象中自感电动势的作用.3.理解自感系数和自感系数的决定因素.

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，这种现象叫互感.

2.作用：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、收音机的磁性天线.

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，有时会影响电路正常工作.

深度思考

互感现象的实质是什么？

答案互感现象的实质是电磁感应现象.

例1如图1所示是一种延时开关的原理图，当S 1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1

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，延时将变长

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C正确，D错误.

答案BC

互感现象是一种常见的电磁感应现象，它不仅发生在绕同一铁芯上的两个线圈之间，而且还可以发生在任何相互靠近的电路之间.

二、自感现象

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.

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

图2

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.

深度思考

在断电自感现象中，电流减小时，自感线圈中的电流大小一定小于原先所通过电流的大小，为什么灯泡有时闪亮一下再熄灭？

答案断电自感时，自感线圈中的电流大小一定小于原先所通过电流的大小，但是可能会大于灯泡中的电流，所以灯泡会闪亮.

例2在如图4所示的甲、乙电路中，电阻R和灯泡电阻的阻值相等，自感线圈L的电阻值可认为是0，在接通开关S时，则( )

图4

A.在电路甲中，A将渐渐变亮

B.在电路甲中，A将先变亮，然后渐渐变暗

C.在电路乙中，A将渐渐变亮

D.在电路乙中，A将先由亮渐渐变暗，然后熄灭

解析在电路甲中，当接通开关S时，通过与灯泡相连的自感线圈的电流突然增大，由于线圈的自感现象，开始时，自感线圈产生一个很大的自感电动势来阻碍电流的流入，流入灯泡的电流很小；后来由于电流的不断流入，通过自感线圈的电流变化逐渐变慢，所以自感线圈的阻碍作用逐渐减小；当流过线圈的电流最大时，自感线圈就没有阻碍作用，所以通过灯泡的电流只能慢慢增大，故选项A正确.

在电路乙中，当接通开关S时，通过自感线圈的电流突然增大，由于线圈的自感现象，开始时，自感线圈就产生一个很大的自感电动势来阻碍电流的流入，流入线圈的电流很小(可认为是0)，电路中的电流可以认为都是从灯泡通过的，以后自感线圈的阻碍作用逐渐减小，通过自感线圈的电流逐渐增大，而通过灯泡的电流逐渐减小，直到流过线圈的电流最大时，自感线圈就没有阻碍作用，又因为自感线圈L的电阻值可认为是0，所以通过灯泡的电流可认为是0，故选项D正确.

答案AD

分析通电自感需抓住三点：(1)通电瞬间自感线圈处相当于断路；(2)电流增大过程中自感线圈对电流有阻碍作用使线圈中的电流从0逐渐增大到稳定值；(3)电流稳定时自感线圈相当于导体.

例3如图5(a)、(b)所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，且小于灯泡A 的电阻，闭合开关S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则( )

图5

A.在电路(a)中，断开S，A将渐渐变暗

B.在电路(a)中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗

C.在电路(b)中，断开S，A将渐渐变暗

D.在电路(b)中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗

解析在电路(a)中，灯A和线圈L串联，它们的电流相同，断开S时，线圈上产生自感电动势，阻碍原电流的减小，流过灯A的电流逐渐减小，从而灯A只能渐渐变暗.在电路(b)中，电阻R和灯A串联，灯A的电阻大于线圈L的电阻，电流则小于线圈L中的电流，断开S时，电源不再给灯泡供电，而线圈产生自感电动势阻碍电流的减小，通过R、A形成回路，灯A中电流突然变大，灯A将先变得更亮，然后渐渐变暗，故A、D正确.

答案AD

针对训练如图6所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，线圈L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值，在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t＝t1时刻断开S，下列表示A、B两点间电压U AB随时间t变化的图象中，正确的是( )

图6

答案 B

解析在t＝0时刻闭合开关S，由于线圈L产生自感电动势，阻碍电流通过，电源输出电流较小，路端电压较高，经过一段时间电路稳定，电源输出电流较大，路端电压较低.在t ＝t1时刻断开S，线圈L产生自感电动势，与灯泡构成闭合回路，灯泡D中有反向电流通过，所以表示A、B两点间电压U AB随时间t变化的图象中正确的是B.

(1)断电时，自感线圈处相当于电源，其电流逐渐减小，不会发生突变.

(2)断电时，灯泡会不会闪亮一下再熄灭取决于通过灯泡前后电流大小的关系.若断电前自感线圈电流I L大于灯泡的电流I D则灯泡会闪亮一下再熄灭；若断电前自感线圈中的电流I L小于或等于灯泡中的电流I D则不会出现闪亮，而是逐渐熄灭.

(3)要注意断电前后通过灯泡的电流方向是否变化.

三、自感系数磁场的能量