河北省邢台市高中物理 第四章 电磁感应4.6 互感和自感

河北省邢台市高中物理 第四章 电磁感应4.6 互感和自感

‎4.6 互感和自感 ‎ ‎【学习目标】‎ ‎1.了解互感现象及其应用.‎ ‎2.能够通过电磁感应的有关规律分析通电自感和断电自感现象.‎ ‎3.了解自感电动势的表达式E＝L，知道自感系数的决定因素.‎ ‎4.了解自感现象中的能量转化．‎ 一、互感现象 ‎[问题设计]‎ 如图1所示电路中，两个线圈之间并没有导线相连，为什么闭合开关时，电流表指针会发生偏转呢？‎ 图1‎ ‎[要点提炼]‎ ‎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 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．‎ 二、自感现象 ‎[问题设计]‎ ‎1．通电自感：如图2所示，开关S闭合的时候两个灯泡的发光情况有什么不同？‎ 图2‎ ‎2．断电自感：如图3所示，先闭合开关使灯泡发光，然后断开开关．‎ 图3‎ ‎(1)开关断开前后，流过灯泡的电流方向有何关系？‎ ‎(2)在断开过程中，有时灯泡闪亮一下再熄灭，有时灯泡只会缓慢变暗直至熄灭，请分析上述两种现象的原因是什么？‎ ‎[要点提炼]‎ ‎1．定义：当一个线圈中的电流自身发生变化时，它产生的 (填“变化”或“不变”)的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也在本身激发出感应电动势的电磁感应现象．‎ ‎2．公式：E＝L，其中L是自感系数，简称自感或电感，单位： ．符号：H.‎ ‎1 mH＝ H；1 μH＝ H ‎3．决定因素：与线圈的大小、形状、 ，以及是否有铁芯等因素有关，与E、ΔI、Δt等无关．‎ ‎4．对通电自感和断电自感现象的分析 自感电动势总是 线圈中电流的变化，但不能 线圈中电流的变化．‎ ‎(1)通电瞬间自感电动势 电流的增加，与线圈串联的灯泡在通电后会逐渐变亮，直到稳定．通电瞬间自感线圈处相当于断路，电流稳定时自感线圈相当于导线．‎ ‎(2)以图3电路为例，断电时自感线圈处相当于电源，若断电前，自感线圈电流大小IL大于灯泡的电流IA则灯会闪亮一下再熄灭；若断电前自感线圈中的电流IL 灯泡中的电流IA则不会出现闪亮，而是逐渐熄灭．要注意断电前后通过灯泡的电流方向是否变化．‎ 一、互感现象的理解与应用 例1 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 二、自感现象的分析 例2 如图5所示，电感线圈L的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计，LA、LB是两个相同的灯泡，且在下列实验中不会烧毁，电阻R2阻值约等于R1的两倍，则 ( )‎ 图5‎ A．闭合开关S时，LA、LB同时达到最亮，且LB更亮一些 B．闭合开关S时，LA、LB均慢慢亮起来，且LA更亮一些 C．断开开关S时，LA慢慢熄灭，LB马上熄灭 D．断开开关S时，LA慢慢熄灭，LB闪亮后才慢慢熄灭 针对训练 如图6所示，L为一纯电感线圈(即电阻为零)，LA是一灯泡，下列说法正确的是 ( )‎ 图6‎ A．开关S接通瞬间，无电流通过灯泡 B．开关S接通后，电路稳定时，无电流通过灯泡 C．开关S断开瞬间，无电流通过灯泡 D．开关S接通瞬间，灯泡中有从a到b的电流，而在开关S断开瞬间，灯泡中有从b到a的电流 三、自感现象的图象问题 例3 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S突然断开，S断开前后，能正确反映流过灯泡的电流i随时间t变化关系的图象是( )‎ 图7‎ ‎1．(对互感现象的理解与应用)在无线电仪器中，常需要在距离较近处安装两个线圈，并要求当一个线圈中有电流变化时，对另一个线圈中的电流的影响尽量小．则图中两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是( )‎ ‎2．(对自感现象的理解)关于自感现象，下列说法正确的是( )‎ A．感应电流一定和原来的电流方向相反 B．对于同一线圈，当电流变化越大时，线圈产生的自感电动势也越大 C．对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈的自感系数也越大 D．对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈中的自感电动势也越大 ‎3．(自感现象的分析)如图8所示电路中，、是两只相同的电流表，电感线圈L的直流电阻与电阻R阻值相等．下面判断正确的是( )‎ 图8‎ A．开关S接通的瞬间，电流表的读数大于错误！未找到引用源。的读数 B．开关S接通的瞬间，电流表的读数小于的读数 C．开关S接通，电路稳定后再断开的瞬间，电流表的读数大于的读数 D．开关S接通，电路稳定后再断开的瞬间，电流表的读数等于的读数 ‎4.如图9所示的电路中，L是一自感系数很大、直流电阻不计的线圈，D1、D2、D3是三个完全相同的灯泡，E是内阻不计的电源．在t＝0时刻，闭合开关S，电路稳定后在t1时刻断开开关S.规定以电路稳定时流过D1、D2的电流方向为正方向，分别用I1、I2表示流过D1和D2的电流，则下列图中能定性描述电流随时间t变化关系的是( )‎ 图9‎ 题组一 互感现象的理解与应用 ‎1.如图1所示是套在同一铁芯上的两个线圈，左线圈与电源、变阻器及开关相连，右线圈与电流表连成一闭合电路．在下列情况下，电流表指针不偏转的是 ( )‎ 图1‎ A．开关S合上或断开的瞬间 B．开关S合上后，左线圈中通过恒定的电流时 C．开关S合上后，移动滑动变阻器滑片增大其阻值时 D．开关S合上后，移动滑动变阻器滑片减小其阻值时 ‎2.无线电力传输目前取得重大突破，在日本展出了一种非接触式电源供应系统．这种系统基于电磁感应原理可无线传输电力．两个感应线圈可以放置在左右相邻或上下相对的位置，原理示意图如图2所示．下列说法正确的是( )‎ 图2‎ A．若A线圈中输入电流，B线圈中就会产生感应电动势 B．只有A线圈中输入变化的电流，B线圈中才会产生感应电动势 C．A中电流越大，B中感应电动势越大 D．A中电流变化越快，B中感应电动势越大 题组二 自感现象的分析 ‎3．关于线圈的自感系数，下面说法正确的是( )‎ A．线圈的自感系数越大，自感电动势就一定越大 B．线圈中电流等于零时，自感系数也等于零 C．线圈中电流变化越快，自感系数越大 D．线圈的自感系数由线圈本身的性质及有无铁芯决定 ‎4.如图3所示，L为自感系数较大的线圈，电路稳定后小灯泡A正常发光，当断开开关S的瞬间会有( )‎ 图3‎ 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D．灯A突然闪亮一下再突然熄灭 ‎5.如图4所示，两个电阻阻值均为R，电感线圈L的电阻及电池内阻均可忽略不计，S原来断开，电路中电流I0＝，现将S闭合，于是电路中产生了自感电动势，此自感电动势的作用是 ( )‎ 图4‎ A．使电路的电流减小，最后由I0减小到零 B．有阻碍电流增大的作用，最后电流小于I0‎ C．有阻碍电流增大的作用，因而电流总保持不变 D．有阻碍电流增大的作用，但电流最后还是变为2I0‎ ‎6.如图5所示的电路中，线圈L的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计，A、B是两个相同的灯泡，下列说法中正确的是( )‎ 图5‎ A．S闭合后， A、B同时发光且亮度不变 B．S闭合后，A立即发光，然后又逐渐熄灭 C．S断开的瞬间，A、B同时熄灭 D．S断开的瞬间，A再次发光，然后又逐渐熄灭 ‎7．如图6所示甲、乙电路，电阻R和自感线圈L的电阻都很小．接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则 ( )‎ 图6‎ A．在电路甲中，断开S，A将逐渐变暗 B．在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗 C．在电路乙中，断开S，A将逐渐变暗 D．在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗 ‎8.如图7所示，闭合电路中的螺线管可自由伸缩，螺线管有一定的长度，这时灯泡具有一定的亮度，若将一软铁棒从螺线管左边迅速插入螺线管内，则将看到( )‎ 图7‎ A．灯泡变暗 B．灯泡变亮 C．螺线管缩短 D．螺线管伸长 ‎9.在制作精密电阻时，为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象，采取了双线绕法，如图8所示，其道理是( )‎ 图8‎ A．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的自感电动势相互抵消 B．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的感应电流互相抵消 C．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的磁通量互相抵消 D．当电路中的电流变化时，电流的变化量相互抵消 题组三 自感现象的图象问题 ‎10．在如图9所示的电路中，两个相同的小灯泡L1和L2‎ 分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器R.闭合开关S后，调节R，使L1和L2发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均为I.然后，断开S.若t′时刻再闭合S，则在t′前后的一小段时间内，能正确反映流过L1的电流i1、流过L2的电流i2随时间t变化的图象是( )‎ 图9‎ ‎ ‎ ‎11.如图10所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，电感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UAB随时间t变化的图象中，正确的是( )‎ 图10‎ ‎12.如图11所示，电源的电动势为E＝10 V，内阻不计，L与R的电阻值均为5 Ω，两灯泡的电阻值均为RS＝10 Ω.‎ 图11‎ ‎(1)求断开S的瞬间，灯泡L1两端的电压；‎ ‎(2)定性画出断开S前后一段时间内通过L1的电流随时间的变化规律．‎