湖南省邵阳市隆回县万和实验学校高中物理 4.6 互感和自感 学案

湖南省邵阳市隆回县万和实验学校高中物理 4.6 互感和自感 学案

‎4.6 互感和自感 学案 ‎ ‎【学习目标】‎ ‎1、了解互感和自感现象。 2、了解自感现象产生的原因。‎ ‎3、知道自感现象中的一个重要概念——自感系数，了解它的单位及影响其大小的因素。‎ ‎【学习重点和难点】‎ 重点：自感现象产生的原因及特点。 难点：通、断电自感演示实验现象的解释。‎ ‎【自主学习】‎ 问题：在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，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？‎ ‎（一）互感现象 两个线圈之间并没有导线相连，但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。这种现象叫做 ，这种感应电动势叫做 。‎ 利用互感现象可以把 由一个线圈传递到另一个线圈。变压器就是利用互感现象制成的。如下图所示。‎ ‎(二)自感现象 实验1：演示通电自感现象。实验电路如图。开关接通时，可以看到 。‎ 问：为什么会出现这种现象呢？‎ 实验2：断电自感现象。‎ 实验电路如图所示。接通电路，灯泡正常发光后，迅速断开开关，可以看到 。‎ 问：为什么会出现这种现象呢？（结合课本第23页“思考与讨论”分析）‎ 归纳总结：‎ 上述现象属于一种特殊的电磁感应现象，发生电磁感应的原因是由于通过导体 的电流发生变化而引起磁通量变化。这种电磁感应现象称为 。‎ ‎1、自感现象：由于 发生变化而产生的电磁感应现象。‎ ‎2、自感电动势：在 现象中产生的感应电动势。‎ 在自感现象中，自感电动势的产生是由于导体本身的电流发生了变化而引起的，而自感电动势却总是阻碍导体中原来电流的变化的。‎ ‎3、特点：自感电动势总是 导体中原来电流的 的。‎ 具体而言：‎ ‎① 如果导体中原来的电流是增大的，自感电动势就要阻碍原来电流的增大。‎ 即：I原↑，则ε自(I自)与I原相反。‎ ‎② 如果导体中原来的电流是减小的，自感电动势就要阻碍原来电流的减小。‎ 即： I原↓，则ε自(I自)与I原相同 思考与讨论：‎ ‎1、在实验中，若线圈L的电阻RL与灯泡A的电阻RA相等，则电键 断开前后通过线圈的电流随时间的变化图像为 图，通过灯泡的电流随时间的变化图像为 图；若RL远小于RA，则电键 断开前后通过线圈的电流随时间的变化图像为 图，通过灯泡的电流图像为 图。‎ I t I t I t I t A B C D ‎2、实验中，当电键闭合后，通过灯泡1的电流随时间变化的图像为 图；通过灯泡2的电流随时间变I t I t I t I t 化的图像为 图。‎ A B C D ‎4、自感系数 思考：感应电动势的大小跟什么因素有关？‎ 自感电动势的大小跟其它感应电动势的大小一样，跟穿过线圈的磁通量的变化快慢有关。而在自感现象中，穿过线圈的磁通量是由电流引起的，故自感电动势的大小跟导体中电流变化的快慢有关。‎ 理论分析表明： E= 。‎ L称为线圈的自感系数，简称自感或 。自感表示线圈产生 本领大小的物理量。L的大小跟线圈的 、 、 、有无 有关。‎ 单位：亨利(H) 1H= mH= μH ‎(三)自感现象的应用——日光灯的原理 日光灯就是利用自感现象的例子。灯管的两端各有一个灯丝，灯管内充有微量的氩和稀薄的天然汞蒸汽，灯管内壁涂有荧光物质。当灯管内的气体被击穿而导电时，灯管两端的灯丝就会释放出大量的电子，这些电子与汞原子碰撞而放出紫外线，涂在灯管内的 荧光物质在紫外线的照射下发出可见光，根据不同的需要充以不同的气体，并在管的内壁上涂上不同的荧光物质，就可制造出不同颜色的日光灯了。‎ 日光灯的电路图如图所示：‎ 其中：启动器的作用是当开关闭合时电源把电压加在启动器两极间，使氖气放电发出辉光，辉光产生的热量使U形触片膨胀伸长接触静片而电路导通，于是镇流器中的线圈和灯管中的灯丝就有电流通过，电路接通后，启动器中的氖气停止放电，U形触片冷却收缩，电路断开，镇流器线圈因自感产生一个瞬时高压，这个高压加上电源两端的电压一起加在灯管的两端，使水银蒸汽开始放电导通，使日光灯发光。在启动器两触片间还并联了一个电容，它的作用是在动静触片分离时避免产生火花而烧毁，没有电容器，启动器也能正常工作，日光灯启动后，启动器就不需要了。‎ 镇流器就是一个自感系数很大的线圈，在日光灯点燃时，利用自感现象，产生瞬时高压，在日光灯正常发光时，利用自感现象起降压限流的作用。‎ ‎(四)磁场的能量 ‎1．磁场能量：自感现象中，线圈中电流从无到有，磁场从无到有，电源把能量输送给线圈，储存在线圈中，电流减小时，磁场中的能量释放出来转换为电能．‎ ‎2．电的“惯性”：自感电动势阻碍线圈中电流变化的性质．‎ ‎【精讲点拨】‎ ‎1.在断电自感中，灯泡的亮度变化 自感电动势(的方向)总是要阻碍引起自感电流的变化，就好像感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化一样．自感电动势阻碍的对象是“电流的变化”，而不是电流本身．如图所示。‎ 当电路处于稳定状态时，流过L的电流I1＝(电源内阻不计)，方向由a→b；流过灯泡A的电流I2＝.断开S的瞬间，I2立即消失，而由于线圈的自感，I1不会马上消失，线圈总力图维持I1的存在，所以线圈上产生一个b端为正、a端为负的自感电动势，与灯泡组成abcd回路，由此流过A的电流由I2变成I1，方向由d→c变成c→d.可见通过A的电流大小与方向都发生了变化．‎ 至于灯泡中的电流是突然变大还是变小(也就是说灯泡是否突然变得更亮一下)，就取决于I2与I1谁大谁小，也就是取决于R和r谁大谁小的问题．‎ ‎(1)如果R＞r，就有I1＞I2，灯泡会先更亮一下才熄灭．‎ ‎(2)如果R＝r，灯泡会由原亮度渐渐熄灭．‎ ‎(3)如果R＜r，灯泡会先立即暗一些，然后渐渐熄灭．‎ ‎【典例剖析】‎ 例1、如上图所示(a)、(b)中，自感线圈L的电阻很小，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，下列说法正确的是(　　)‎ A．在电路(a)中，断开S，A将逐渐变暗 B．在电路(a)中，断开S，A将先变得更亮，然后逐渐变暗 C．在电路(b)中，断开S，A将逐渐变暗 D．在电路(b)中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗 例2、如图所示，对于原来闭合的开关S突然断开的瞬间，会看到灯A更亮的闪一下再熄灭，设S闭合时，灯中电流为I灯，线圈L中电流为IL，开关断开的瞬间灯A中电流为I灯′，线圈L中电流为I L′，则(　　)‎ A．I灯＜I灯′，IL≥I L′　　　B．I灯＝I灯′，IL≤I L′‎ C．I灯＜I灯′，IL＜I L′ D．I灯＞I灯′，IL≤I L′‎ ‎【巩固拓展训练】‎ ‎1、关于自感现象，正确的说法是：‎ A、感应电流一定和原电流方向相反； B、线圈中产生的自感电动势较大的其自感系数一定较大；‎ C、对于同一线圈，当电流变化越大时，线圈中产生的自感电动势也越大；‎ D、自感电动总是阻碍原来电流变化的。‎ ‎2、如图所示的电路中，L是一带铁芯的线圈，R为电阻。两条支路的直流电阻相等。那么在接通和断开电键的瞬间，两电流表的读数I1、I2的大小关系是：‎ A、接通时I1I2； B、接通时I1I2，断开时I1

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