第4節互感和自感第二章電磁感應知識點互感現象互感現象：如圖所示電路中，兩個線圈之間并沒有導線相連，但當一個線圈中的電流變化時，它所產生的變化的磁場會在另一個線圈中產生感應電動勢，這種現象叫做互感現象．1新知探究知識點互感現象互感電動勢：在互感現象中產生的電動勢叫做互感電動勢．1新知探究知識點互感現象對互感的三點理解(1)互感現象是一種常見的電磁感應現象，它不僅發生于繞在同一鐵芯上的兩個線圈之間，而且可以發生于任何相互靠近的電路之間．(2)互感現象可以把能量由一個電路傳到另一個電路．變壓器就是利用互感現象制成的．(3)在電力工程和電子電路中，互感現象有時會影響電路的正常工作，這時要求設法減小電路間的互感．1新知探究知識點自感現象自感現象當一個線圈中的電流變化時，它產生的變化的磁場在自身線圈中激發出感應電動勢的現象．2新知探究知識點自感現象自感電動勢(1)定義：由于自身電流發生變化而產生的感應電動勢．(2)對自感電動勢的理解：①產生原因：通過線圈的電流發生變化，導致穿過線圈的磁通量發生變化，因而在原線圈上產生感應電動勢．②自感電動勢的方向：當原電流增大時，自感電動勢的方向與原電流方向相反；當原電流減小時，自感電動勢的方向與原電流方向相同．③自感電動勢的作用：阻礙原電流的變化，起到推遲電流變化的作用．2新知探究知識點自感現象通電自感和斷電自感(1)通電自感和斷電自感的比較2新知探究電路現象自感電動勢的作用通電自感接通電源的瞬間，燈泡A1逐漸地亮起來阻礙電流的增大斷電自感斷開開關的瞬間，燈泡A逐漸變暗，直到熄滅阻礙電流的減少知識點自感現象通電自感和斷電自感(2)自感現象中，燈泡亮度變化的問題分析通斷電燈泡亮度變化問題，關鍵要搞清楚電路的連接情況，根據電路特點進行具體分析.2新知探究與線圈串聯的燈泡與線圈并聯的燈泡電路圖知識點自感現象通電自感和斷電自感2新知探究與線圈串聯的燈泡與線圈并聯的燈泡通電時電流逐漸增大，燈泡逐漸變亮電流I1突然變大，然后逐漸減小達到穩定斷電時電流逐漸減小燈泡逐漸變暗電流方向不變電路中穩態電流為I1、I2①若I2≤I1，燈泡逐漸變暗②若I2＞I1，燈泡閃亮一下后逐漸變暗，兩種情況燈泡電流方向均改變知識點自感現象自感電動勢的大小2新知探究知識點自感現象2新知探究有的同學誤認為線圈對變化電流的阻礙作用與對穩定電流的阻礙作用相同辨析：(1)兩種阻礙作用產生的原因不同線圈對穩定電流的阻礙作用，是由繞制線圈的導線的電阻決定的，對穩定電流阻礙作用產生的原因，是金屬對定向運動電子的阻礙作用，具體可用金屬導電理論理解．知識點自感現象2新知探究線圈對變化電流的阻礙作用，是由線圈的自感現象引起的，當通過線圈中的電流變化時，穿過線圈的磁通量發生變化，產生自感電動勢，阻礙電流的變化．知識點自感現象2新知探究線圈對變化電流的阻礙作用越大，電流變化得越慢．總之，穩態電阻決定了電流所能達到的穩定值，對變化電流的阻礙作用決定了要達到穩定值所需的時間．這種阻礙作用并沒有將電能轉化成熱能．知識點自感現象2新知探究(1)自感電動勢阻礙自身電流的變化，但不能阻止，且自感電動勢阻礙自身電流變化的結果，會對其他電路元件的電流產生影響．(2)自感電動勢的大小跟自身電流變化的快慢有關，電流變化越快，自感電動勢越大．(3)電流減小時，自感線圈中電流大小一定小于原先所通電流大小，自感電動勢可能大于原電源電動勢．知識點自感系數大?。壕€圈的長度越長，線圈的橫截面積越大，單位長度上的匝數越多，線圈的自感系數就越大，線圈有鐵芯比無鐵芯時自感系數大得多．3新知探究知識點自感系數單位：亨利(符號H)，1H＝103mH＝106μH.物理意義：表征線圈產生自感電動勢本領大小的物理量，數值上等于通過線圈的電流在1s內改變1A時產生的自感電動勢的大小．3新知探究知識點自感現象【例題1】如圖所示,線圈的自感系數很大,直流電阻為零,電阻R>RL,在開關S斷開后,燈泡明暗情況如何變化?點撥:S斷開前燈泡中的電流由電源提供,S斷開后由于自感現象,線圈相當于電源對燈泡供電。2新知探究知識點自感現象解析:當S斷開后,原來電源提供的電流I2立即消失,但自感線圈貯存的磁場能釋放轉化成電能通過小燈泡。通過自感線圈的電流I1由于自感的作用,在電路切斷后是逐漸衰減的,因而S斷開后通過燈泡的電流由I1逐漸減小到零。因為R>RL,所以I1<I2,即小燈泡在熄滅前不會比原來更亮。答案:小燈泡逐漸變暗直至熄滅。題后反思判斷小燈泡的明暗變化情況,也就是比較條件變化前后通過小燈泡中電流的變化情況。2新知探究知識點自感現象觸類旁通例題1中若R<RL,開關S斷開后,燈泡明暗情況如何變化?答案:小燈泡閃亮一下再逐漸變暗直至熄滅。這是因為開關斷開后,通過燈泡的電流由I1逐漸減小至零,而斷開前,I1>I2。2新知探究知識點自感現象2新知探究【例題2】如圖所示,多匝線圈L的電阻和電池內阻不計,兩個電阻的阻值都是R,開關S原來是斷開的,電流電阻短路，線圈有自感電動勢產生，這一電動勢（）A.有阻礙電流的作用,最后電流由I0減小到零B.有阻礙電流的作用,最后電流總小于I0C.有阻礙電流增大的作用,因而電流將保持I0不變D.有阻礙電流增大的作用,但電流最后還是增大到2I0知識點自感現象2新知探究解析:開關S由斷開到閉合,回路的電流要增大,因而在L上要產生自感電動勢,根據楞次定律,自感電動勢總是要阻礙引起它的電流的變化,這就是說由于電流增加引起自感電動勢,因此要阻礙原電流的增加。但阻礙不是阻止,電流仍要增大,因而達到穩定后,其電流為2I0。選項D正確。答案:D知識點自感現象2新知探究【例題3】在制作精密電阻時,為了消除使用過程中由于電流變化而引起的自感現象,采用雙線并繞的方法,如圖所示。其道理是()A.當電路中的電流變化時,兩股導線產生的自感電動勢相互抵消B.當電路中的電流變化時,兩股導線產生的感應電流相互抵消C.當電路中的電流變化時,兩股導線中原電流的磁通量相互抵消D.以上說法都不對知識點自感現象2新知探究解析:由于采用雙線并繞的方法,當電流通過時,兩股導線中的電流方向是相反的,不管電流怎樣變化,任何時刻兩股電流總是等大反向的,所產生的磁通量也是等大反向的,故總磁通量等于零,在該線圈中不會產生電磁感應現象,因此消除了自感,選項A、B錯誤,只有C正確。答案:C題后反思只要我們掌握了自感現象的產生條件,就可以根據需要對自感現象進行應用或加以防止。知識點自感現象2新知探究【例題4】如圖所示的電路中,S閉合且穩定后流過電感線圈的電流是2A,流過燈泡的電流是1A。將S突然斷開,S斷開前后,能正確反映流過燈泡的電流i隨時間t變化關系的圖象是()知識點自感現象2新知探究解析:開關S斷開前,通過燈泡D的電流是穩定的,其值為1A。開關S斷開瞬間,燈泡支路的電流立即減為零,但是自感線圈的支路由于自感現象會產生與線圈中原電流方向相同的感應電動勢,使線圈中的電流從原來的2A逐漸減小,方向不變,且同燈泡D構成回路,通過燈泡D的電流和線圈L中的電流相同,也應該是從2A逐漸減小為零,但是方向與原來通過燈泡D的電流方向相反,選項D對。答案:D知識點磁場的能量自感現象中的磁場能量(1)線圈中電流從無到有時：磁場從無到有，電源的能量輸送給磁場，儲存在磁場中．(2)線圈中電流減小時：磁場中的能量釋放出來轉化為電能．電的“慣性”自感電動勢有阻礙線圈中電流變化的“慣性”.4新知探究知識點磁場的能量自感現象中的磁場能量(1)線圈中電流從無到有時：磁場從無到有，電源的能量輸送給磁場，儲存在磁場中．(2)線圈中電流減小時：磁場中的能量釋放出來轉化為電能．電的“慣性”自感電動勢有阻礙線圈中電流變化的“慣性”.4新知探究1．關于線圈的自感系數、自感電動勢的下列說法中正確的是（）A．線圈中電流變化越大，線圈自感系數越大B．對于某一線圈，自感電動勢正比于電流的變化量C．一個線圈的電流均勻增大，這個線圈的自感系數、自感電動勢都不變D．自感電動勢總與原電流方向相反課堂訓練【答案】C【詳解】線圈的自感系數由線圈本身的特性決定，所以A錯誤；線圈的自感電動勢與線圈的自感系數以及電流的變化率成正比，與電流的變化量無關，所以B錯誤；線圈的自感系數由線圈本身的特性決定，所以線圈的自感系數不變，線圈電流均勻增大，即電流的變化率不變，所以線圈自感電動勢不變，所以C正確；課堂訓練【答案】C【詳解】當原電流增大時，會產生反方向的自感電流來阻礙電流的增大，此時自感電動勢的方向與原電流相反，當原電流減小時，會產生同方向的自感電流來阻礙電流的減小，此時自感電動勢與原電流方向相反，所以D錯誤。故選C。課堂訓練2．在制作精密電阻時，為了清除使用過程中由于電流變化而引起的自感現象，采用雙線并繞的方法，如圖所示。其原理是（）A．當電路中的電流變化時，兩股導線產生的自感電動勢相互抵消B．當電路中的電流變化時，兩股導線產生的感應電流相互抵消C．當電路中的電流變化時，兩股導線中原電流的磁通量相互抵消D．以上說法都不對課堂訓練【答案】C【詳解】兩個線圈中的電流大小相等，線圈匝數相等，并且鐵芯相同，所以每個線圈產生的磁感應強度相同，由于兩個線圈的繞向相同，但電流相反，所以其磁場方向相反，相互抵消，所以螺線管內沒有磁場，兩股導線中原電流的磁通量相互抵消。故選C。課堂訓練3．在研究自感現象的實驗中，用兩個完全相同的燈泡a、b與自感系數很大的線圈L和定值電阻R組成如圖所示的電路（線圈的直流電阻可忽略，電源的內阻不能忽略），關于這個實驗下面說法中正確的是（）A．閉合開關的瞬間，a、b一起亮，然后a熄滅B．閉合開關的瞬間，b比a先亮，然后b逐漸變暗C．閉合開關，待電路穩定后斷開開關，b逐漸變暗，a閃亮一下然后逐漸變暗D．閉合開關，待電路穩定后斷開開關，a、b燈中的電流方向均為從左向右課堂訓練【答案】B【詳解】AB．閉合開關的瞬間，線圈中產生很大的自感電動勢，阻礙電流的通過，故b立即亮，a逐漸變亮。隨著a中的電流逐漸變大，流過電源的電流也逐漸變大，路端電壓逐漸變小，故b逐漸變暗，故A錯誤，B正確；C．電路穩定后斷開開關，線圈相當于電源，對a、b供電，回路中的電流在原來通過a的電流的基礎上逐漸變小，故a逐漸變暗，b閃亮一下然后逐漸變暗，故C錯誤；D．斷開開關后，線圈中的自感電流從左向右，a燈中電流從左向右，b燈中電流從右向左，故D錯誤；故選B。課堂訓練4．手機無線充電是比較新穎的充電方式。如圖所示，電磁感應式無線充電的原理與變壓器類似，通過分別安裝在充電基座和接收能量裝置上的線圈，利用產生的磁場傳遞能量。當充電基座上的送電線圈通入正弦式交變電流后，就會在鄰近的受電線圈中感應出電流，最終實現為手機電池充電。在充電過程中（）課堂訓練A．送電線圈中電流產生的磁場呈周期性變化B．受電線圈中感應電流產生的磁場恒定不變C．送電線圈和受電線圈無法通過互感現象實現能量傳遞D．手機和基座無需導線連接，這樣傳遞能量沒有損失課堂訓練【答案】A【詳解】A．由于送電線圈中通入正弦式交變電流，根據麥克斯韋理論可知送電線圈中電流產生的磁場呈周期性變化，故A正確；B．周期性變化的磁場產生周期性變化的電場，所以受電線圈中感應電流仍是正弦交流電，產生的磁場也是周期性變化的，故B錯誤；C．無線充電利用的是電磁感應原理，所以送電線圈和受電線圈通過互感現象實現能量傳遞，故C錯誤；D．無線充電器的優點之一是不用傳統的充電線連接到需要充電的終端設備上的充電器，但充電過程中仍有電能量損失，故D錯誤。故選A。課堂訓練5．某次實驗的實物連線如圖所示，電源內阻忽略不計，線圈的直流電阻與小燈泡的直流電阻相等，閉合電鍵穩定后，小燈泡正常發光。斷開電鍵的瞬間，下列說法正確的是（）A．小燈泡突然