高二物理 選修3-2 4.6互感和自感

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1、 教學(xué)目標(biāo)：1知道什么是互感現(xiàn)象和自感現(xiàn)象；2知道自感系數(shù)是表示線圈本身特征的物理量，知道它的單位及其大小的決定因素；3知道自感現(xiàn)象的利與弊及對(duì)它們的利用和防止；4能夠通過(guò)電磁感應(yīng)部分知識(shí)分析通電、斷電自感現(xiàn)象的原因及磁場(chǎng)的能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題。 在 法 拉 第 的 實(shí) 驗(yàn) 中 兩 個(gè) 線 圈 并 沒(méi) 有 用 導(dǎo) 線 連 接 ， 當(dāng)一 個(gè) 線 圈 中 的 電 流 變 化 時(shí) ， 在 另 一 個(gè) 線 圈 中 產(chǎn) 生 感 應(yīng) 電流 （ 說(shuō) 明 產(chǎn) 生 了 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) ） 。 思 考 1： AB S 在 圖 中 接 通 ， B線 圈 會(huì) 不 會(huì) 產(chǎn) 生 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) ？為 什 么 ?開(kāi)關(guān)S 一

2、 、 互 感 現(xiàn) 象1、 互 感 ： 當(dāng) 一 個(gè) 線 圈 中 電 流 變 化 ， 在 另 一 個(gè) 線 圈中 產(chǎn) 生 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) 的 現(xiàn) 象 ， 稱 為 互 感 。 互 感 現(xiàn) 象中 產(chǎn) 生 的 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) ， 稱 為 互 感 電 動(dòng) 勢(shì) 。2、 利 用 互 感 現(xiàn) 象 可 以 把 能 量 從 一 個(gè) 線 圈 傳 遞 到 另一 個(gè) 線 圈 ， 因 此 在 電 工 技 術(shù) 和 電 子 技 術(shù) 中 有 廣 泛應(yīng) 用 。 變 壓 器 就 是 利 用 互 感 現(xiàn) 象 制 成 的 。 收 音 機(jī) 里 的 磁 性 天 線 . 3、 互 感 現(xiàn) 象 不 僅 發(fā) 生 于 繞 在 同 一 鐵 芯

3、上 的 兩 個(gè) 線 圈 之 間 ,而 且 可 以 發(fā) 生 于 任 何 兩 個(gè) 相 互 靠 近 的 電 路 之 間 。 在 電 力 工程 中 和 電 子 電 路 中 ， 互 感 現(xiàn) 象 有 時(shí) 會(huì) 影 響 電 路 的 正 常 工 作， 要 設(shè) 法 減 小 互 感 。如何減?。?S接 通 瞬 間 ， 線 圈 L本 身 中 會(huì) 不 會(huì) 產(chǎn) 生 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) ？思 考 2： A S感 應(yīng) 電 流 沿 什 么 方 向 ？ 二 、 自 感 現(xiàn) 象1、 自 感 ： 由 于 導(dǎo) 體 本 身 的 電 流 發(fā) 生 變 化 而 產(chǎn) 生 的 電 磁 感應(yīng) 現(xiàn) 象 ， 叫 自 感 現(xiàn) 象 。 (“ 自 我 感 應(yīng)

4、 ” )2、 自 感 電 動(dòng) 勢(shì) ： 自 感 現(xiàn) 象 中 產(chǎn) 生 的 電 動(dòng) 勢(shì) 叫 自 感 電 動(dòng) 勢(shì) ,用 E表 示 。3、 自 感 電 動(dòng) 勢(shì) 作 用 ： 阻 礙 原 線 圈 中 的 電 流 變 化 。 現(xiàn) 象 ： 燈 泡 A2立 刻 正 常 發(fā) 光 , 燈 泡 A1逐 漸 亮 起 來(lái) 。分 析 :電 路 接 通 時(shí) ,電 流 由 零 開(kāi) 始 增 加 ,穿 過(guò) 線 圈 L的 磁 通 量逐 漸 增 加 ,L中 產(chǎn) 生 的 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) 的 方 向 與 原 來(lái) 的 電 流 方 向相 反 ,阻 礙 L中 電 流 增 加 ,即 推 遲 了 電 流 達(dá) 到 正 常 值 的 時(shí) 間 。演 示

5、實(shí) 驗(yàn) 1： A1、 A2是 規(guī) 格 完 全 一 樣 的 燈 泡 .閉 合 電 鍵 S,調(diào)節(jié) 變 阻 器 R,使 A1、 A2亮 度 相 同 ,再 調(diào) 節(jié) R1,使 兩 燈 正 常 發(fā) 光 ,然 后 斷 開(kāi) 開(kāi) 關(guān) S.重 新 閉 合 S,觀 察 到 什 么 現(xiàn) 象 ? 通電自感 電 流 分 析 ： i1i2i 2i1I t 線 圈 中 出 現(xiàn) 的 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) 只 是 阻 礙 了 原電 流 的 的 變 化 ， 而 非 阻 止 ， 所 以 雖 延 緩 了 電流 變 化 的 進(jìn) 程 ， 但 最 終 電 流 仍 然 達(dá) 到 最 大 值， A1最 終 會(huì) 正 常 發(fā) 光 。通電瞬間，線圈相當(dāng)于

6、斷路 分 析 ： 在 電 路 斷 開(kāi) 的 瞬 間 ， 通 過(guò) 線 圈 L的 電 流 突 然 減 弱 ，穿 過(guò) 線 圈 的 磁 通 量 也 就 很 快 減 少 ， 因 而 在 線 圈 L中 產(chǎn) 生 與原 電 流 方 向 相 同 的 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) 。 雖 然 這 時(shí) 電 源 已 經(jīng) 斷 開(kāi) ，但 線 圈 L和 燈 泡 A組 成 了 閉 合 電 路 ， 在 這 個(gè) 電 路 中 有 感 應(yīng) 電流 通 過(guò) ， 所 以 燈 泡 不 會(huì) 立 即 熄 滅 。現(xiàn) 象 : S斷 開(kāi) 時(shí) ,A 燈 突 然 閃 亮 一 下 才 熄 滅 。演 示 實(shí) 驗(yàn) 2： 接 通 電 路 ,待 燈 泡 A正 常 發(fā) 光 .然

7、 后 斷 開(kāi) 電 路 ,觀 察 到 什 么 現(xiàn) 象 ?斷電自感 La b分 析 ： O tiiAiL斷電瞬間，線圈相當(dāng)于電源 如 果 RL RA， 則 iL iA， iLiL任何斷電現(xiàn)象時(shí)都會(huì)閃亮一下嗎?不 會(huì) 閃 ,逐 漸 熄 滅會(huì) 閃 一 下 ,再 逐 漸 熄 滅如 果 RLiA，若RL=0，電路穩(wěn)定后，線圈相當(dāng)于若RL0，電路穩(wěn)定后，線圈相當(dāng)于電阻導(dǎo)線 1.如 圖 所 示 ， L為 自 感 系 數(shù) 較 大 的 線 圈 ， 電 路 穩(wěn) 定 后 小燈 泡 正 常 發(fā) 光 ， 當(dāng) 斷 開(kāi) 電 鍵 的 瞬 間 會(huì) 有A、 燈 A立 即 熄 滅 B、 燈 A慢 慢 熄 滅C、 燈 A突 然 閃 亮

8、 一 下 再 慢 慢 熄 滅D、 燈 A突 然 閃 亮 一 下 再 突 然 熄 滅 L A 2.如 圖 所 示 ， 線 圈 的 直 流 電 阻 為 10,燈 泡 電 阻 R=20,線 圈 的 自 感 系 數(shù) 很 大 ,電 源 的 電 動(dòng) 勢(shì) 6V， 內(nèi) 阻 不 計(jì) ,則 在閉 合 S的 瞬 間 ,通 過(guò) L的 電 流 為 A,通 過(guò) 燈 的 電 流 為 A;S閉 合 后 電 路 中 的 電 流 穩(wěn) 定 時(shí) 斷 開(kāi) S的 瞬 間 ,通 過(guò) 燈 的 電流 為 A， 方 向 與 原 電 流 方 向 ， 燈 泡 （ 填 會(huì) 或不 會(huì) ） 閃 亮 一 下 后 熄 滅 。 0 0.30.6 相 反L S

9、會(huì) 思 考 3：自 感 電 動(dòng) 勢(shì) 與 什 么 因 素 有 關(guān) ？ 為 了 使 燈 泡 閃 亮 效 果 更明 顯 對(duì) 線 圈 L應(yīng) 該 有 什 么 樣 的 要 求 ? 三 、 自 感 系 數(shù)1、 自 感 電 動(dòng) 勢(shì) 的 大 小 ： 與 電 流 的 變 化 率 成 正 比2、 L： 自 感 系 數(shù) 簡(jiǎn) 稱 自 感 或 電 感IE L t 三 、 自 感 系 數(shù)1、 自 感 電 動(dòng) 勢(shì) 的 大 小 ： 與 電 流 的 變 化 率 成 正 比2、 L： 自 感 系 數(shù) 簡(jiǎn) 稱 自 感 或 電 感3、 單 位 ： 亨 利 ， 簡(jiǎn) 稱 ： 亨 ， 符 號(hào) ： H。 常 用 單 位 ： 毫 亨 （ m H

10、） 微 亨 （ H） IE L t 實(shí) 驗(yàn) 表 明 ， 線 圈 越 大 ， 越 粗 ， 匝 數(shù) 越 多 ， 自 感 系數(shù) 越 大 。 另 外 ， 帶 有 鐵 芯 的 線 圈 的 自 感 系 數(shù) 比 沒(méi) 有 鐵 芯時(shí) 大 得 多 。 由 于 兩 根 平 行 導(dǎo) 線 中 的 電 流方 向 相 反 ， 它 們 的 磁 場(chǎng) 可 以 互相 抵 消 ， 從 而 可 以 使 自 感 現(xiàn) 象的 影 響 減 弱 到 可 以 忽 略 的 程 度 。4. 應(yīng) 用 ： 在 交 流 電 路 中 、 在 各 種 用 電 設(shè) 備 和 無(wú) 線 電 技 術(shù)中 有 著 廣 泛 的 應(yīng) 用 。(1)雙 線 繞 法 消 除 自 感

11、： 日 光 燈 結(jié) 構(gòu) ：（ 2） 日 光 燈 原 理 ： 鎮(zhèn) 流 器 的 作 用 是 自 感 系數(shù) 很 大 的 帶 鐵 心 的 線 圈 ， 啟 動(dòng)時(shí) ， 產(chǎn) 生 高 電 壓 ， 幫 助 點(diǎn) 亮 燈泡 ； 正 常 工 作 時(shí) 的 線 圈 起 降壓 限 制 電 流 作 用 ， 保 護(hù) 燈 管 。 啟 動(dòng) 器 的 作 用 自 動(dòng) 開(kāi) 關(guān)可 用 普 通 開(kāi) 關(guān) 或 短 絕 緣 導(dǎo) 線 代替 。 正 常 工 作 時(shí) 不 起 作 用 ， 可以 去 掉 。 瞬 時(shí) 開(kāi) 關(guān)瞬 時(shí) 高 壓電 源正 常 工 作 時(shí) 降壓 限 流 3.家 用 日 光 燈 電 路 如 圖 ， S為 啟 動(dòng) 器 ， A為 燈 管 ，

12、 L為 鎮(zhèn) 流器 ， 關(guān) 于 日 光 燈 的 工 作 原 理 ， 下 列 說(shuō) 法 正 確 的 是 ： （ ）A. 鎮(zhèn) 流 器 的 作 用 是 將 交 流 電 變 為 直 流 電B. 在 日 光 燈 的 啟 動(dòng) 階 段 ， 鎮(zhèn) 流 器 能 提 供 一 個(gè) 瞬 時(shí) 高 壓 ，使 燈 管 開(kāi) 始 工 作C.日 光 燈 正 常 發(fā) 光 時(shí) ， 啟 動(dòng) 器 的 兩 個(gè) 觸 片 是 分 離 的D.日 光 燈 發(fā) 出 柔 和 的 白 光 是 由 汞 原 子 受 到 激 發(fā) 后 直 接 輻 射的 220V A L S 4.下 列 說(shuō) 法 正 確 的 是 （ ）A 日 光 燈 開(kāi) 始 工 作 時(shí) ， 需 要 啟

13、 動(dòng) 器B 日 光 燈 開(kāi) 始 工 作 時(shí) ， 不 需 要 鎮(zhèn) 流 器C 日 光 燈 正 常 工 作 時(shí) ， 需 要 啟 動(dòng) 器D 日 光 燈 正 常 工 作 時(shí) ， 不 需 要 鎮(zhèn) 流 器 5.自 感 系 數(shù) 很 大 有 時(shí) 會(huì) 產(chǎn) 生 危 害 ： 四 、 磁 場(chǎng) 的 能 量1、 通 電 自 感 ： 通 電 時(shí) ， 電 能 首 先 要 轉(zhuǎn) 化 為 線 圈 磁 場(chǎng) 能 ，故 燈 A1過(guò) 一 會(huì) 兒 才 亮 。2、 斷 電 自 感 ： 斷 電 前 ， 線 圈 中 有 電 流 ， 則 線 圈 中 有 磁 場(chǎng)能 ， 斷 電 后 ， 線 圈 存 有 的 磁 場(chǎng) 能 通 過(guò) 燈 釋 放 出 來(lái) ， 使

14、燈 延遲 熄 滅 。 通 電 自 感 斷 電 自 感有人借用力學(xué)中的術(shù)語(yǔ)，說(shuō)線圈能夠體現(xiàn)電的“慣性”。 1.關(guān) 于 自 感 現(xiàn) 象 ， 下 列 說(shuō) 法 正 確 的 是 （ ）A、 感 應(yīng) 電 流 一 定 和 原 電 流 方 向 相 反B、 線 圈 中 產(chǎn) 生 的 自 感 電 動(dòng) 勢(shì) 較 大 時(shí) ， 其 自 感 系 數(shù) 一 定較 大C、 對(duì) 于 同 一 線 圈 ， 當(dāng) 電 流 變 化 較 快 時(shí) ， 線 圈 中 的 自 感系 數(shù) 較 大D、 對(duì) 于 同 一 線 圈 ， 當(dāng) 電 流 變 化 較 快 時(shí) ， 線 圈 中 的 自 感電 動(dòng) 勢(shì) 也 較 大 A.使 電 路 的 電 流 減 小 ， 最 后

15、 減 小 為 零B.有 阻 礙 電 流 增 大 的 作 用 ， 最 后 電 流 小 于C.有 阻 礙 電 流 增 大 的 作 用 ， 因 而 電 流 總 保 持 不 變D.有 阻 礙 電 流 增 大 的 作 用 ， 但 電 流 最 后 還 是 變 為2.如 圖 所 示 ， 兩 個(gè) 電 阻 均 為 R， 電 感線 圈 L的 電 阻 及 電 池 內(nèi) 阻 均 可 忽 略 不 計(jì) ，S原 來(lái) 斷 開(kāi) ， 電 路 中 電 流 ，現(xiàn) 將 S閉 合 ， 于 是 電 路 中 產(chǎn) 生 了 自 感 電 動(dòng) 勢(shì) ，此 自 感 電 動(dòng) 勢(shì) 的 作 用 是 （ ）0 2EI R 0I 0I 02I 3.L是 一 帶 鐵

16、 芯 的 線 圈 ， R為 電 阻 。 兩 條 支 路 的 直流 電 阻 相 等 。 那 么 在 接 通 和 斷 開(kāi) 電 鍵 的 瞬 間 ， 兩電 流 表 的 讀 數(shù) I1、 I2的 大 小 關(guān) 系 是 （ ）A、 接 通 時(shí) I1I2；B、 接 通 時(shí) I2I2， 斷 開(kāi) 時(shí) I1I2；D、 接 通 時(shí) I1=I2， 斷 開(kāi) 時(shí) I1I2。 R 2L R1S A1A2 4.如 圖 AB是 相 同 的 小 燈 泡 ， L是 帶 鐵 芯 的 線 圈 ， 電 阻 不計(jì) ， 調(diào) 節(jié) R， 電 路 穩(wěn) 定 時(shí) ， 兩 燈 泡 都 正 常 發(fā) 光 ， 則 在 開(kāi)關(guān) 合 上 和 斷 開(kāi) 時(shí) （ ）A、 兩 燈 同 時(shí) 亮 ， 同 時(shí) 滅B、 合 上 S， B比 A先 達(dá) 到 正 常 發(fā) 光 狀 態(tài)C、 斷 開(kāi) S， AB兩 燈 都 不 會(huì) 立 即 滅 ， 通 過(guò) AB兩 燈 的 電 流 方向 都 與 原 電 流 方 向 相 同D、 斷 開(kāi) S時(shí) ， A燈 會(huì) 突 然 閃 亮 一 下 后 ， 再 熄 滅