第6节-互感和自感ppt课件

1,第,6,节互感和自感,电磁感应,2,电子节能灯,普通日光灯主要由灯管、镇流器、启动器等组成接通电源瞬间，启动器的动、静触片先接通，后分离分离的瞬间，镇流器两端产生很高的自感电动势，且其方向与电源电压的方向一致，从而在灯管两端形成一个瞬时高压，使管内稀薄汞蒸气受激放电，发射出的紫外线使管内壁的荧光粉发出可见光,日光灯的发光效率不仅跟管内壁所涂的荧光粉有关还跟镇流器的电源频率有关所以，新的荧光灯,电子节能灯的荧光粉采用了由稀土元素的化合物,(,如氧化铕、氧化钇等,),配制的荧光粉，这些分别能发出红、绿、蓝三基色的稀土元素的化合物按一定比例混合喷涂在管内壁上，管内稀薄气体受激辐射后便能发出光谱线丰富、近似自然光的白光科学家还采用电子变频变压技术成功设计了一种电子变频镇流器，它是利用由电子元件组成的高频振荡电路把,50,赫兹的交流电转换成,3,万,5,万赫兹的高频高压电，彻底摒弃了原来的自身耗电的带铁芯镇流器，不仅省电，而且使整个灯具的重量减轻了,80%,，其使用寿命长达,5000,小时,6,1,在法拉第的实验中，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,_,会在另一个线圈中产生,_,这种现象叫做,_,2,当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场不仅在邻近的电路中激发出,_,，同样也在它本身激发出,_,这种现象称为,_,3,自感电动势正比于,_,，公式为,_,，其中,L,叫做,_,，它的单位是,_,，符号是,_,1,变化的磁场感应电动势互感,2,感应电动势感应电动势自感,3,电流的变化率,E,L,自感系数亨利,H,7,8,一、互感,1,互感现象：如下图所示电路中，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，这种现象叫做互感现象,2,互感电动势：在互感现象中产生的电动势叫做互感电动势,9,3,对互感的三点理解,(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,(3),在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，这时要求设法减小电路间的互感,10,如下图所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒,PQ,、,MN,，当,PQ,在外力作用下运动时，,MN,在磁场力作用下向右运动，则,PQ,所做的运动可能是,(,),A,向右匀加速运动,B,向左匀加速运动,C,向右匀减速运动,D,向左匀减速运动,11,解析：,这是一道涉及互感现象的问题，当,MN,棒中有感应电流，受安培力作用而向右运动，由左手定则可判断出,MN,中电流的方向是由,M,流至,N,，此电流在,L,1,中产生磁场的方向是向上的,若,PQ,棒向右运动，由右手定则及安培定则可知,L,2,产生的磁场的方向也是向上的由于,L,1,产生的磁场方向与,L,2,产生的磁场的方向相同，可知,L,2,产生的磁场的磁通量是减少的，故,PQ,棒做的是向右的匀减速运动,C,选项是可能的,若,PQ,棒向左运动，则它产生的感应电流在,L,2,中产,生的磁场是向下的，与,L,1,产生的磁场方向是相反的，由,楞次定律可知,L,2,中的磁场是增强的，故,PQ,棒做的是向,左的匀加速运动,B,选项是可能的,答案：,BC,12,二、自感,1,实验探究自感现象,(1),通电自感实验,实验条件,在右图所示的通电自感电路中，两灯泡,A,1,、,A,2,的规格完全相同滑动变阻器,R,的电阻和线圈,L,的电阻相同，即：,R,R,L,.,这样两并联支路的电阻就完全相同,13,实验现象,在通电瞬间，与滑动变阻器,R,串联的灯泡,A,2,立即变亮，而与线圈串联的灯泡,A,1,则逐渐变亮,(,即其正常发光比,A,2,滞后一段时间,),，最后两灯泡都正常发光，亮度相同,原因,当开关闭合的瞬间，流过线圈,L,的电流急剧增大，穿过线圈的磁通量也急剧增加，这就会在线圈中产生很大的感应电动势根据楞次定律，这个感应电动势将阻碍,(,而非阻止,),线圈中电流的增大，即对灯泡,A,1,的正常发光起到了,“,延缓,”,的作用，所以，灯泡,A,1,是逐渐变亮的当电路中的电流稳定后，线圈中的磁通量不再发生变化，阻碍作用消失，流过两灯泡的电流相同，亮度相同,14,(2),断电自感实验,实验条件,灯泡在断开开关后肯,定都是逐渐熄灭的，如果,这种,“,逐渐熄灭,”,进行得,很快，人眼是无法观察,清楚的要想在右图所示的电路中观察到断电时的自感现象，除非是在开关断开的瞬间让灯泡更亮一下后再熄灭，这就要求线圈,L,的电阻远比灯泡,A,的电阻小，即：,R,L,R,A,.(,实际上后者约为前者的几十倍,),15,实验现象,在断开开关的瞬间，灯泡,A,不但没有熄灭，反而更亮一下后才熄灭,解释,开关未断开前，流过线圈,L,的电流,I,L,，远远大于流过灯泡,A,的电流,I,A,.,在开关断开的瞬间，流过线圈,L,的电流急剧减小，穿过线圈的磁通量也就急剧减小，因而在线圈中产生了感应电动势，在线圈,L,和灯泡,A,组成的回路中产生了感应电流，这个急剧减小的感应电流远比原来流过灯泡,A,中的电流大,(,约为灯泡原来电流的几十倍,),，导致灯泡,A,不但没有立即熄灭，反而更亮了一下后才熄灭,16,2,自感现象,(1),定义：由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象,(2),本质分析：由法拉第电磁感应定律知道，穿过线路的磁通量发生变化时，线路中就产生感应电动势在自感现象中，由于流过线圈的电流发生变化，导致穿过线圈的磁通量发生变化而产生自感电动势,(3),从能量角度分析：在断电自感实验中，,S,断开前，线圈,L,中有电流，则线圈中有磁场能,S,断开后，线圈所储存的磁场能通过灯泡释放出来，流过线圈的电流在原来大小的基础上逐渐减小，由于,I,L,I,A,，故灯泡会闪亮一下,17,(4),自感电动势,自感电动势的作用：总是阻碍导体中原电流的变化，即总是起着推迟电流变化的作用,自感电动势的方向：自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化，当原来电流增大时，自感电动势的方向与原来电流方向相反；当原来电流在减小时，自感电动势的方向与原来电流方向相同也遵循,“,增反减同,”,的规律,3,自感系数,(1),自感电动势,E,感,与哪些因素有关,自感电动势,E,感,可以写成,E,感,n,，由于磁通量的变化是电流的变化引起的，故自感电动势的大小与电流变化的快慢有关，可表示为,E,感,L,，式中,L,称为自感系数,注意：,不同线圈在电流变化一致的情况下，自感电动势不同，可见自感电动势与线圈构造有关,18,(2),自感系数,自感系数是表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量，简称为自感或电感，用,L,表示,大小：线圈的长度越长，线圈的截面积越大，单位长度上匝数越多，线圈的自感系数越大，线圈有铁芯比无铁芯时自感系数大得多,单位：亨利,(,符号,H),，,1,亨,10,3,毫亨,10,6,微亨,1 H,10,3,mH,10,6,H,物理意义：表征线圈产生自感电动势本领大小的物理量，数值上等于通过线圈的电流在,1 s,内改变,1 A,时产生的自感电动势的大小,19,下图甲、乙电路中，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,(,),A,在电路甲中，断开,S,，,A,将渐渐变暗,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,将渐渐变暗,D,在电路乙中，断开,S,，,A,将先变得更亮，然后渐渐变暗,分析：,本题考查同学们对断电时产生的自感电动势的阻碍作用的理解,解析：,在电路断开时，电感线圈的自感电动势阻碍原电流的减小，此时电感线圈在电路中相当于一个电源，表现为两个方面：一是自感电动势所对应的电流方向与原电流方向一致；二是在断电瞬间，自感电动势所对应的电流大小与原电流的大小相等，以后以此电流开始缓慢减小到零,甲图中，电灯,A,与电感线圈,L,在同一个支路中，流过的电流相同，断开开关,S,时，线圈,L,中的自感电动势要维持原电流不变，所以，开关断开的瞬间，电灯,A,的电流不变，以后电流渐渐变小因此，电灯渐渐变暗乙图中，电灯,A,所在支路的电流比电感线圈所在支路的电流要小,(,因为电感线圈的电阻很小,),，断开开关,S,时，电感线圈的自感电动势要阻碍电流的变小，此瞬间电感线圈中的电流不变，电感线圈相当于一个电源给灯,A,供电因此，反向流过,A,的电流瞬间要变大，然后渐渐变小，所以电灯要先更亮一下，然后渐渐变暗,答案：,AD,变式迁移,1.,在如图所示的电路中，,a,、,b,为两个完全相同的灯泡，,L,为自感线圈，,E,为电源，,S,为开关关于两灯泡点亮和熄灭的先后次序，下列说法正确的是,(,),A,合上开关，,a,先亮，,b,后亮；断开开关，,a,、,b,同时熄灭,B,合上开关，,b,先亮，,a,后亮；断开开关，,a,先熄灭，,b,后熄灭,C,合上开关，,b,先亮，,a,后,亮；断开开关，,a,、,b,同时熄灭,D,合上开关，,a,、,b,同时亮；,断开开关，,b,先熄灭，,a,后熄灭,22,解析：,由于,L,是自感线圈，当合上开关,S,时，自感线圈,L,将产生自感电动势，阻碍电流的流过，故有,b,灯先亮，而,a,灯后亮当,S,断开时，,a,、,b,组成回路，,L,产生自感电动势阻碍电流的减弱，由此可知，,a,、,b,同时熄灭，故选项,C,正确,答案：,C,23,2,如下图所示的电路，,D,1,与,D,2,是两个相同的小电灯，,L,是一个自感系数相当大的线圈，其电阻与,R,相等由于自感现象，在开关,S,接通和断开时，灯泡,D,1,和,D,2,先后亮暗的次序是,(,),A,接通时，,D,1,先达最亮，断开时，,D,1,后熄灭,B,接通时，,D,2,先达最亮，断开时，,D,2,后熄灭,C,接通时，,D,2,先达最亮，断开时，,D,2,先熄灭,D,接通时，,D,1,先达最亮，断开时，,D,1,先熄灭,24,解析：,当开关,S,接通时，流过,L,的电流增强，产生感应电动势的效果为,“,增反,”,所以瞬时电流几乎全部从灯,D,1,通过，而后分别通过灯,D,2,和,R,，所以,D,1,先达最亮,稳定以后，,D,1,和,D,2,两灯一样亮,当开关,S,断开时，流过,L,的电流减弱，产生感应电动势的效果为,“,减同,”,(,右正，左负,),从而使,L,与,D,1,组成的回路中仍有电流流过，所以,D,1,后熄灭，,D,2,先熄灭,答案：,A,25,三、自感现象中能量的转化,1,自感现象中的能量转化,在接通电路时，电路中的电流由于自感电动势的作用不能发生突变而只能逐渐增加，这个过程中电源的电动势要克服自感电动势做功，把电源的一部分电能转化为线圈的磁场能，电流稳定后线圈中就储存有一定量的磁场能在断电自感现象中，线圈,L,和灯,A,组成闭合回路，线圈的自感电动势把原储存在线圈内的磁场能转化为电能用以维持这个闭合回路中保持一定时间的电流，电流逐渐减小，线圈中的磁场减弱，磁场能减少，当电流为零时，线圈中原储存的磁场能全部转化为电能并通过灯泡,(,或电阻,),转化为内能,所以，在自感现象中是电能转化为线圈内的磁场能或线圈内的磁场能转化为电能的过程，因此自感现象遵循能量转化和守恒定律,26,2,电感,L,在自感现象的能量转化中所起的作用,电感,L,越大，当接通电路使线圈中通电时产生的自感电动势越大电源克服自感电动势所做的功越多，电能转化的磁场能越多，因而当线圈中电流稳定时，线圈储存的磁场能也越多，且这个过程持续时间越长；当断开电路使线圈中电流减小时，磁场能转化的电能越多，且持续的时间也越长,28,1,(2011,年山东济南,),如图所示，,a,、,b,、,c,为三个完全相同的灯泡，,L,为自感线圈,(,自感系数较大，电阻不计,),，,E,为电源，,S,为开关，闭合开关,S,，电路稳定