普通高中物理选择性必修二 第二章第4节 互感和自感

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• 普通高中物理选择性必修二 第二章第4节 互感和自感
• 内容来源|普通高中教科书 物理 选择性必修第二册 人民教育出版社 软件|亿图脑图MindMaster
• 两个线圈A、B之间并没有导线相连，线圈A与手机的音频输出端连接，线圈B与扩音器的输入端连接。把线圈A插入线圈B时就能在扩音器上听见由手机输出的声音，这是为什么？
• 互感现象
• 互感
  • 理论
    • 在法拉第最初发现电磁感应现象的实验中，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。这种现象叫作互感。
    • 由互感产生的感应电动势叫作互感电动势。
    • 利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈。
    • 互感现象是一种常见的电磁感应现象，它不仅可以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两个相互靠近的电路之间。
  • 应用
    • 在电工技术和电子技术中有广泛的应用，变压器就是利用互感现象制成的。
    • 电力工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，这时要设法减小电路间的互感。
• 自感现象
• 自感
  • 当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场在线圈本身激发出感应电动势，这现象叫作自感。
  • 由于自感而产生的感应电动势叫作自感电动势。
    • 有时自感电动势会大于原来电路中的电源电动势。
• 演示 观察两个灯泡的发光情况
  • • 电路
      • 两个灯泡规格相同，A1与线圈L串联后接到电源上，A2与可调电阻R串联后接到电源上。
    • 过程
      • 先闭合开关S，调节电阻R，使两个灯泡亮度相同。
      • 再调节可调电阻R1，使它们都正常发光，然后断开开关S。
      • 重新接通电路。注意观察，在开关闭合的时候两个灯泡的发光情况。
    • 解释
      • 在电路中，闭合开关的瞬间，电流从无到有，线圈L中产生感应电动势，根据楞次定律，感应电动势会阻碍电流的增加，所以灯泡A1较慢地亮起来。
• 演示 观察开关断开时灯泡的亮度
  • • 过程
      • 先闭合开关使灯泡发光，然后断开开关。
      • 注意观察开关断开时灯泡的亮度。
    • 思考
      • 电源断开时，通过线圈L的电流减小，这时会出现感应电动势。感应电动势的作用是使线圈L中的电流减小得更快些还是更慢些？
      • 产生感应电动势的线圈可以看作一个电源，它能向外供电。由于开关已经断开，线圈提供的感应电流将沿什么路径流动？
      • 开关断开后，通过灯泡的感应电流与原来通过它的电流方向是否一致？
      • 开关断开后，通过灯泡的感应电流是否有可能比原来的电流更大？为了使实验的效果更明显，对线圈L应该有什么要求？
• 做一做 用电流传感器显示自感对电流的影响
• • • 连接电路，可以看到，开关闭合时电流是逐渐增大的。
  • • 拆掉线圈，再测一次。
  • 实验中电流传感器的作用相当于一个电流表。传感器与计算机结合不仅即时反映电流的迅速变化，还能在屏幕上显示电流随时间变化的图像。
• 变压器、电动机等设备中有匝数很多的线圈，当电路中的开关断开时会产生很大的自感电动势，使得开关中的金属片之间产生电火花，烧蚀接触点，甚至会引起人身伤害。因此，切断这类电路时，必须采用特制的安全开关，避免出现电火花。
• 自感系数
• 自感电动势与是感应电动势，同样遵从法拉第电磁感应定律
• 实验表明，磁场的强弱正比于电流的强弱，即磁通量的变化正比于电流的变化。因此，自感电动势正比于电流的变化率
• 自感电动势
  • L是比例系数，叫作自感系数，简称自感或电感。
  • L与线圈的大小、形状、匝数，以及是否有铁芯等因素有关。
  • L的单位是亨利，简称亨，符号是H。
  • 不同的线圈，电感大小不同。
• 当线圈刚刚接通电源的时候，自感电动势阻碍线圈中电流的增加；当电源断开的时候，自感电动势又阻碍线圈中电流的减小。线圈的自感系数越大，这个现象越明显，线圈能够体现电的“惯性”。
• 磁场的能量
• • 当开关断开后，灯泡的发光还能维持一小段时间，有时甚至会比开关断开之前更亮，这时灯泡的能量是从储存在磁场中的能量转化而来的。
  • 当开关闭合时，线圈中的电流从无到有，其中磁场也是从无到有，这可以看作电源把能量输送给磁场，储存在磁场中。
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