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第6节 互感和自感,电磁感应,1,一、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,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,如右下图所示，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,BC,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A1、A2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：RRL.这样两并联支路的电阻就完全相同,实验现象 在通电瞬间，与滑动变阻器R串联的灯泡A2立即变亮，而与线圈串联的灯泡A1则逐渐变亮(即其正常发光比A2滞后一段时间)，最后两灯泡都正常发光 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A1的正常发光起到了“延缓”的作用，所以，灯泡A1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,(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：RLRA.(实际上后者约为前者的几十倍),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IL，远远大于流过灯泡A的电流IA.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,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ILIA，故灯泡会闪亮一下,(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,(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103毫亨106微亨 1 H103 mH106 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,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,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,C,2如下图所示的电路，D1与D2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D1和D2先后亮暗的次序是( ) A接通时，D1先达最亮，断开时，D1后熄灭 B接通时，D2先达最亮，断开时，D2后熄灭 C接通时，D2先达最亮，断开时，D2先熄灭 D接通时，D1先达最亮，断开时，D1先熄灭,A,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,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,基础巩固,A,B增强，闭合电路中产生感应电流,涡流,B增强，金属板中是否会有感应电流，如有，电流如何分部？,一种特殊的电磁感应现象涡流。 涡流在实际生活中有许多应用，比如：电磁炉、发电机、电动机和变压器等。当然涡流也有利和弊两个方面，我们如何去加以利用？如何去防止呢？,1、涡流：块状金属在变化的磁场中或在磁场中运动时产生的在金属块内自成闭合回路的感应电流，叫涡电流，简称涡流。 涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守电磁感应定律。由于整块金属的电阻通常很小，故涡流常常很大。,涡流的利用,利用涡流的热效应来熔化金属。交流电的频率越高，金属熔炉中的感应电动势就越大，金属材料的电阻率越小，产生的涡流热效应就越强。,a.真空冶炼炉,线圈中通以高频电流，内部焊接工件由于电磁感应产生感应电流，频率越高，产生的感应电流越大。由于焊接缝处接触电阻很大，放出的热量很多，致使温度升高将金属熔化，焊接在一起。应用于焊接自行车车架。,b.高频焊接机,生活中的电磁炉，也是利用电磁感应中的涡流的热效应来烧菜做饭的。,交变电流,交变电流,怎样减少涡流损耗？,整块铁芯,彼此绝缘的薄片,思考与讨论,涡流的防止,变压器和电动机的铁芯不采用整块金属，而是由许多相互绝缘的电阻率很大的薄硅钢片叠合而成，目的就是为了减弱铁芯中由于电磁感应而产生的涡流的热效应，从而减少电能的损耗，同时避免破坏绝缘层，对电器起到了保护的作用。,思考与讨论,为什么磁电式电表的线圈要用铝框做骨架呢？,电学测量仪器要求指针的摆动很快停下来，也是利用了铝框中产生的涡流，从而通过磁场对这个涡流的作用力阻碍它们的摆动，使指针能很快地指到示数的位置上。,二、电磁阻尼,电磁阻尼现象：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。,取一灵敏电流计，用手晃动表壳，观察表针相对表盘摆动的情况。,用导线把灵敏电流计的两个接线柱连在一起，再次晃动表壳，观察表针相对表盘摆动的情况与上次有什么不同，怎样解释这种差别？,思考与讨论,微安表是一种高灵敏度，高精度电流表，表内的指针因振动会产生摇摆，剧裂摇摆会使微安表造成指针打偏、降低灵敏度、或失灵等。故在运输中，用导线短路两接线柱，使表头线圈闭合产生电磁阻尼，大大降低因外界的摇摆、振动对表头的影响。,磁铁的旋转使线圈跟着转动：,三、电磁驱动,电磁驱动：磁场相对于导体转动，在导体中产生感应电流，感应电流使导体受到安培力，安培力使导体跟着磁场转动，这种现象称为电磁驱动。,线圈转动与磁铁同向，但转速小于磁铁，即同向异步。,电磁阻尼是导体相对于磁场运动;电磁驱动是磁场相对于导体运动. 两者都是电磁感应现象，都遵循楞次定律；安培力的作用都是阻碍它们间的相对运动。,电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系,1、下列哪些措施是为了防止涡流的危害（ ） A、电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅 B、磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上 C、变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成 D、变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层,CD,课堂练习,2、在水平放置的光滑导轨上，沿导轨固定一个条形磁铁，如图。现有铁、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙，使它们从导轨上的A点以某一初速度向磁铁滑去。各物块在碰上磁铁前的运动情况是( ) A、都做匀速运动 B、甲做加速运动 C、乙做匀速运动 D、丙做匀速运动,BD,
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