1、第二章第二章 电磁感应电磁感应第四节第四节 互感互感和自感和自感第四节|互感和自感核心素养点击物理观念知道互感现象和自感现象的定义；知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量，知道它的单位及其大小的决定因素；知道自感现象的利弊及其利用和防止科学思维通过分析电路结构和实验探究，体会比较研究这物理学常用的重要方法科学探究能够通过电磁感应的相关知识分析通、断电自感现象的原因及磁场的能量转化问题科学态度与责任认识互感和自感是电磁感应中的两种现象，使学生初步形成特殊现象中也有普遍规律的观念思维导图新课引入新知初感悟【演示实验】将线圈A与交流电源相连，线圈A绕在铁芯上，小电珠与线圈B相连。闭合开关，观察小电珠
2、的发光情况。现象：电珠发光。解释：当一个线圈中的电流变化时，它产生的磁场就会发生变化，灯泡回路中的磁通量发生变化，产生感应电动势和感应电流，所以小电珠发光。本节课我们将学习电磁感应的两种现象互感和自感。一、互感现象提问：法拉第在研究电磁感应现象时，将两个线圈绕在同一个铁环上，简化电路如图所示。法拉第研究时观察到，在开关闭合和断开的瞬间，电流表的指针发生了偏转。你知道这是为什么吗？两个线圈之间并没有导线相连，但当M线圈中的电流变化时，它所产生的磁场发生变化，在另一个线圈N中的磁通量发生变化，产生感应电流，故指针发生偏转。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
3、。这种现象叫作互感，这种感应电动势叫作互感电动势。小组讨论（1）在法拉第研究电磁感应现象的实验中，小电珠发光说明了电能转化为热能，这些能量来源于哪里呢？能量由一个线圈传递到另一个线圈。（2）互感在电工技术和电子技术中有哪些应用？变压器、电磁炉、探雷器等。【小结】（1）互感现象是一种常见的电磁感应现象，它不仅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相互靠近的电路之间。（2）互感现象可以把能量由一个电路传到另一个电路。变压器就是利用互感现象制成的。二、自感现象 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。那么，它所产生的变化的磁场会不会在线圈本身也产
4、生感应电动势呢？ 让我们带着这个问题观察下列实验！【演示实验】【小组讨论】【小结】（1）当一个线圈中的电流变化时，它所发生的变化的磁场在线圈本身激发出感应电动势。这种现象称为自感。（2）由于自感而产生的感应电动势叫作自感电动势。 通电的瞬间会发生自感现象，那么，断开开关的瞬间是否也会发生自感现象呢？【演示实验】 在如图所示的电路中，先闭合开关使灯泡正常发光，然后断开开关。注意观察开关断开时灯泡的亮度变化。【小组讨论】（1）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？更慢些。（2）产生感应电动势的线圈可以看作一个电源，它能向外
5、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？电流在线圈L和灯泡A组成的闭合回路中流动。（3）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？不一致，与原来方向相反。（4）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？可能更大。线圈L的直流电阻比灯泡的电阻小且线圈的自感系数较大。【典例一】解题思路：闭合开关S时，电路中立即有了电流，故灯泡A、B同时变亮，线圈会产生自感电动势，电流缓慢增加，当电流稳定后，线圈相当于直导线，灯泡B被短路，故开关闭合时，A、B同时亮，但B逐渐熄灭，A更亮，故A错误，B正确；断开S
6、时，A灯立即熄灭，线圈产生自感电动势，和灯泡B构成闭合回路，B灯先闪亮后逐渐熄灭，故C正确，D错误。答案：BC三、自感系数 自感电动势的大小与哪些因素有关？【小结】四、磁场的能量在断电自感实验中，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哪里来的？开关断开以后，线圈中的电流并未立即消失，线圈中有电流，有电流就有磁场，能量储存在磁场中。当开关闭合时，线圈中的电流从无到有，其中的磁场也是从无到有，这可以看作电源把能量输送给磁场，储存在磁场中。电感和电阻对电流的阻碍作用比较 电感L电阻R阻碍作用阻碍电流的变化阻碍电流表现产生自感现象导体发热对电流的影响
7、电感越大，电流变化越快，对电流变化的阻碍作用越大，产生的自感电动势越大电阻越大，对电流的阻碍作用越大决定因素线圈大小、形状、匝数、有无铁芯等导体长度、横截面积、电阻率等联系电感和电阻都是反映线圈(或导体)本身性质的物理量【典例二】 2、如图所示的电路中，电容C和电感L的值都很大，L的电阻不计，A、B是完全相同的两个灯泡.当开关S闭合时，下列说法中正确的是( )A.A灯比B灯先亮，然后A灯熄灭B.B灯比A灯先亮，然后B灯熄灭C.A灯、B灯一起亮，然后A灯熄灭D.A灯、B灯一起亮，然后B灯熄灭解题思路：因A灯串联了一个电感线圈，由于电感线圈阻碍电流的变化，故A灯后亮；而B灯串联了一个电容器，故B灯
8、亮一下然后熄灭，故B正确。答案：B【基础练习】1、在生产实际中，有些高压直流电路含有自感系数很大的线圈，当电路中的开关S由闭合到断开时，线圈会产生很大的自感电动势，使开关S处产生电弧，危及操作人员的人身安全。为了避免电弧的产生，可在线圈处并联一个元件，下列方案可行的是( )A. B. C. D. 答案：D 解析：由题意可知，断开开关瞬间，线圈中产生很大的自感电动势，若不并联元件，则开关S处会产生电弧，当并联电容器时，只能对电容器充电，仍不能解决电弧现象，故A错误；当并联发光二极管时，由于发光二极管有单向导电性，因此应注意方向，D选项的二极管在开关断开后与线圈组成闭合回路，正向导通，既能避免产生
9、电弧，又不影响电路，故D正确，B、C错误。2、如图所示是日光灯的电路图，日光灯主要由灯管、镇流器、启动器组成。关于日光灯的原理，下列说法不正确的是( )A.日光灯启动，利用了镇流器中线圈的自感现象B.日光灯正常发光时，镇流器起着降压限流的作用C.日光灯正常发光后取下启动器，日光灯仍能正常工作D.日光灯正常发光后取下启动器，日光灯不能正常工作 答案：D 解析：镇流器在启动时，利用线圈的自感现象产生瞬时高压，在正常工作时起降压限流作用，使电流稳定在灯管的额定电流范围内，灯管两端的电压也稳定在额定电压范围内；灯管正常发光后，电流不再流过启动器，所以并联在两端的启动器也就不再起作用了，故日光灯正常发光
10、后取下启动器，日光灯仍能正常工作，故A、B、C正确，D错误。 答案：BC 解析：闭合开关S时，电路中立即有了电流，故灯泡A、B同时变亮，线圈会产生自感电动势，电流缓慢增加，当电流稳定后，线圈相当于直导线，灯泡B被短路，故开关闭合时，A、B同时亮，但B逐渐熄灭，A更亮，故A错误，B正确；断开S时，A灯立即熄灭，线圈产生自感电动势，和灯泡B构成闭合回路，B灯先闪亮后逐渐熄灭，故C正确，D错误。4、 “千人震”实验可以用如图所示的电路完成.电路主要由几位同学手拉手与一节电动势为1.5 V的干电池、几根导线、开关和一个有铁芯的多匝线圈构成.以下说法正确的是( )A.在闭合开关瞬间会使连成一串的同学有触
11、电感觉B.在断开开关瞬间会使连成一串的同学有触电感觉C.人有触电感觉时流过人体的电流大于流过线圈的电流D.人有触电感觉时有很高电压加在两手间且左边电势高 答案：BD 解析：在闭合开关瞬间，有铁芯的多匝线圈与同学们并联，由于干电池的电动势为1.5 V，所以电流很小，同学们没有触电感觉，A错误；在断开开关瞬间，有铁芯的多匝线圈电流变小，从而产生很高的瞬间电压，同学们有触电感觉，故B正确；人有触电感觉时，有铁芯的多匝线圈与同学们串联，流过人体的电流等于流过线圈的电流，故C错误；在断开开关瞬间，根据楞次定律可得，通过同学们身体的电流方向从左向右，所以人有触电感觉时有很高电压加在两手间且左边电势高，故D正确。
