互感自感.docx

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互感自感

互感、自感

【教法探析】

一、互感现象　　

指导学生自学教材，了解什么叫互感现象以及互感现象的应用与防止。

师：

在互感现象或前面我们学习过的电磁感应现象中，对于发生电磁感应现象的线圈而言，变化的磁通量均是由外界其它磁场源激发的，如果线圈本身的电流发生变化，它自己激发的磁场也一定变化，能不能在自己的“身体”内产生感应电动势呢？

下面我们通过两个实验来探究这个问题。

先让学生自学教材上的实验内容。

教师演示实验一：

通电自感实验（将图4．6-2画在黑板上，并指出实验前与A1串联的线圈L的电阻肯定等于与A2串联的滑动变阻器R的工作电阻。

）

教师演示实验二：

断电自感实验（将图4．6-4画在黑板上，并适当调整线圈的匝数，使断电瞬间灯泡突然闪一下再熄灭。

）

让多个学生描述自己看到的实验现象，并组织学生讨论、交流，最后达成一致意见：

实验一中灯泡A2先亮，灯泡A1后亮，最后一样亮；实验二中灯泡A在切断电源后过了一小段时间才熄灭（先不说突然变得更亮后再熄灭）。

师：

猜一猜实验现象的出现最有可能与哪部分电路的相关？

如何验证你的猜想？

组织学生讨论交流，最后达成一致：

最有可能与电路中的线圈相关，可以将其换成等阻值的电阻再做一遍实验，看一看实验现象是否发生变化。

教师重新做一遍实验，并将两个实验中的线圈分别换成等阻值的电阻后再重新演示，学生仔细观察比较，验证自己的猜想。

师：

看来当线圈中流过恒定的电流时，线圈在电路中起的作用就是电阻作用；而当线圈中流过变化的电流时，线圈在电路中起的作用不仅仅是电阻作用，还有别的作用。

例如在实验一中，当通过线圈的电流增大时，除了电阻以外，还有一个作用也在阻碍电流增大，造成线圈对电流总体的阻碍作用超过变阻器R，所以流过A1的电流小于流过A2的电流，A1落后于A2亮起来；但是这种阻碍作用不是阻止，线圈中的电流仍然要增大，而且当电流增到最大时，这种阻碍就消失了。

那么这种阻碍作用的本质是什么呢？

组织学生讨论交流，最后达成一致：

是电磁感应现象，因为感应电动势就是在磁通量变化时存在，而在磁通量不变时消失；而且感应电动势就有阻碍原磁通量变化的作用。

二、自感现象

1．线圈中电流发生变化，它产生的变化磁场使它自身激发出感应电动势的现象叫自感现象；产生的感应电动势叫自感电动势。

师：

请你假设出线圈的绕向，用自感电动势解释两个实验的现象

教师组织学生讨论、交流。

 例如实验一中线圈绕向如图所示，分析如下：

I增大

B原增大

B感方向向左（根据楞次定律）

自感电动势E自方向如图

E自与I方向相反，阻碍I增大；当I达到最大时，E自=0，阻碍消失。

 实验二中线圈绕向如图所示，分析如下：

I减小

B原减小

B感方向向左（根据楞次定律）

自感电动势E自方向如图

E自与I方向相同，阻碍I减小

切断电源后，I要通过线圈与灯泡组成的回路逐渐减小，所以造成灯泡又亮了一会儿才熄灭，而且灯泡中流过电流的方向与原来相反。

（或说成：

当电源停止供电后，线圈作为感应电源对灯泡继续供电，造成灯泡又亮了一会儿才熄灭，同时由E自的方向可知灯泡中流过电流的方向与原来相反。

）

　　师：

从刚才大家的分析中可知，不管线圈绕向如何，自感电动势的方向有如下特点：

若原电流增大，自感电动势就与原电流方向相反，阻碍原电流增大；若原电流减小，自感电动势就与原电流方向相同，阻碍原电流减小，这与楞次定律是一致的。

2．自感现象满足楞次定律：

导体中电流发生变化时，导体内的自感电动势阻碍电流的变化，电流增强时，自感电动势与原电流方向相反，电流减弱时，自感电动势与原电流方向相同。

板图：

 师进一步阐明“阻碍”的含义：

阻碍的是“变化”，阻碍不是阻止；自感电动势只是减慢了原电流的变化速度，原电流最终还是要完成增大或减小的变化；当变化完成后，自感电动势也就消失了。

师：

自感电动势的大小当然也满足法拉第电磁感应定律，请自学教材，了解自感电动势大小的决定因素。

学生自学后，教师总结性板书。

3．自感满足法拉第定律

（1）电动势的大小：

，（区别I、

、

）；知道各量的物理意义及单位。

（2）L叫自感系数，由线圈本身（匝数、长度、粗细、匝密度、有无铁芯等）决定。

（教师可以用实物解释以上各因素的含义

师：

自学课文最后一段，了解自感现象中的能量转化情况。

学生自学2分钟

师：

自感现象在生活中非常常见，有些是有益的，有些是有害的，下面我们亲自体会一下断电时自感电动势的存在。

四节电池串联组成电池组；取一个400匝的线圈，将两段导线的一端分别连接在线圈的两端，另一端分别连接两个表笔，学生双手紧握两支表笔的金属杆分别接触电池组的两极，在将表笔从电池组的两极拿开时体验断电自感电动势的电击感。

（本着自愿的原则做实验，教师可以身先士卒地示范一遍，但表情要自然以免给学生造成压力，同时也可以降低学生的戒备，“吓”他一跳，学生印象深刻，还可以激发学生的好奇心与参与的欲望，活跃课堂气氛。

）

师：

刚才大家体验到的断电自感电动势在生产中有时是有害的，请自学课文。

【学法导引】

自感现象的分析：

通电自感

断电自感

电路图

器材要求

A1、A2同规格，

R＝RL，L较大

L很大（有铁芯）

现象

在开关S断开时，灯A渐渐熄灭或闪亮一下再熄灭

在S闭合瞬间，灯A2立即亮起来，灯A1逐渐变亮，A1、A2最终一样亮

原因

S断开时，线圈L产生自感电动势，阻碍了电流的减小，使电流继续存在一段时间；灯A中电流反向不会立即熄灭．若RLIA，则灯A熄灭前要闪亮一下；若RLRA，原来的电流ILIA，则灯A逐渐熄灭不再闪亮一下

由于开关闭合时流过电感线圈的电流增大，使线圈产生自感电动势，阻碍了电流的增大，使流过灯A1的电流比流过灯A2的电流增加得慢

能量转化情况

磁场能转化为电能

电能转化为磁场能

（1）通电时线圈中产生的自感电动势阻碍电流的增加，感应电流与原电流方向相反，此时含线圈L的支路相当于断开．

（2）断电时线圈中产生的自感电动势阻碍线圈中电流的减少，感应电流与原电流方向相同，在与线圈串联的回路中，线圈相当于电源，它提供的电流从原来的IL逐渐变小．但流过灯A的电流方向与原来相反．

（3）线圈的自感系数越大，现象越明显．自感电动势只是延缓了过程的进行，但它不能使过程停止，更不能使过程反向．

例1.如图所示的电路中，三个相同的灯泡a、b、c和电感L1、L2与直流电源连接，电感的电阻忽略不计．电键S从闭合状态突然断开时，下列判断正确的有（　　）

A．a先变亮，然后逐渐变暗

B．b先变亮，然后逐渐变暗

C．c先变亮，然后逐渐变暗

D．b、c都逐渐变暗

思路点拨：

分析此类问题应先明确原电流的方向，然后判断自感电流的方向及大小变化.在断开开关时还要看线圈和用电器能不能形成回路.

解析：

a、b、c三个灯泡相同，设S闭合时通过三个灯泡的电流均是I，则L1中的电流为2I，L2中的电流为I.在S断开瞬间，L1中的电流由2I逐渐减小，L2的电流由I逐渐减小，L1、L2中的产生的感应电流方向相同，故b、c两灯的电流逐渐减小，即b、c两灯逐渐变暗，B、C错误，D项正确；

两个支路的电流汇集后为2I通过a灯，a灯电流由2I反向减弱，故a灯中的先变亮再逐渐变暗，即A正确． 

答案：

AD

[名师归纳]解决此类问题的关键：

（1）无论是通电自感还是断电自感，都是阻碍引起自感电流的变化．

（2）当电路中有电感时，若电路中的电流发生变化，电感的作用总是阻碍电流的变化．纯电感线圈在电流稳定时相当于一根短路导线，非纯电感线圈在电流稳定时相当于一个定值电阻．

例2.如图所示电路中，A、B是相同的两小灯泡．L是一个带铁芯的线圈，直流电阻可不计．调节R，电路稳定时两灯泡都正常发光，则在开关合上和断开时（　　）

A．两灯同时点亮、同时熄灭

B．合上S时，B比A先到达正常发光状态

C．断开S时，A、B两灯都不会立即熄灭，通过A、B两灯的电流方向都与原电流方向相同

D．断开S时，A灯会突然闪亮一下后再熄灭

解析：

合上S，B灯立即正常发光．A灯支路中，由于L产生的自感电动势阻碍电流增大，A灯将推迟一些时间才能达到正常发光状态．B正确．断开S，L中产生与原电流方向相同的自感电动势，流过B灯的电流与原电流反向，而A灯中电流与原电流方向相同．因为断开S后，由L作为电源的供电电流是从原来稳定时通过L中的电流值逐渐减小的，所以A、B两灯只是延缓一些时间熄灭，并不会比原来更亮．

答案：

B

方法点拨：

当导体中的电流发生变化时，导体本身就产生感应电动势，这个电动势总是阻碍导体中原来电流的变化．

【模拟练习】

1.如图所示的电路，D1和D2是两个相同的灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其电阻与R相同，由于存在自感现象，在电键S接通和断开时，灯泡D1和D2先后亮暗的次序是（A）

A．接通时D1先达最亮，断开时D1后灭

B．接通时D2先达最亮，断开时D2后灭

C．接通时D1先达最亮，断开时D1先灭

D．接通时D2先达最亮，断开时D2先灭

2.（2011·江门模拟）如图所示，电路中A、B是完全相同的灯泡，L是一带铁芯的线圈.开关S原来闭合，则开关S断开的瞬间（D）

A.L中的电流方向改变，灯泡B立即熄灭

B.L中的电流方向不变，灯泡B要过一会儿才熄灭

C.L中的电流方向改变，灯泡A比B熄灭慢

D.L中的电流方向不变，灯泡A比B熄灭慢

3.（2011·东城区模拟）如图所示的电路,电源电动势为E,线圈L的电阻不计.以下判断正确的是（C）

A.闭合S,稳定后,电容器两端电压为E

B.闭合S,稳定后,电容器的a极板带正电

C.断开S的瞬间,电容器的a极板将带正电

D.断开S的瞬间,电容器的a极板将带负电

4．如图（a）、（b）所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，且小于灯A的电阻，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则（　AD　）

A．在电路（a）中，断开S后，A将逐渐变暗

B．在电路（a）中，断开S后，A将先变得更亮，然后逐渐变暗

C．在电路（b）中，断开S后，A将逐渐变暗

D．在电路（b）中，断开S后，A将先变得更亮，然后渐渐变暗

【真题再现】

1.（2011·北京高考·T19）某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁心的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E，用导线将它们连接成如图所示的电路。

检查电路后，闭合开关s，小灯泡发光；再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象。

虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他冥思苦想找不出原因。

你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是（）

A．电源的内阻较大

B．小灯泡电阻偏大

C．线圈电阻偏大

D．线圈的自感系数较大

【答案】选C.

【解析】根据实物连线图画出正确的电路图，当闭合电键S，电路稳定之后，小灯泡中有稳定的电流

，电感线圈中有稳定的电流

，当电键S突然断开时，电流

立即消失，但是，由于自感电动势的作用，流过线圈的电流

不能突变，而是要继续流动，于是，电感线圈和小灯泡构成了回路，如果

，则能观察到小灯泡闪亮一下再熄灭，线圈的自感系数越大，小灯泡延时闪亮的时间就越长.如果不满足

的条件，小灯泡只是延时熄灭，不会观察到闪亮一下再熄灭.可见灯泡未闪亮的根本原因是不满足

的条件，这是线圈电阻偏大造成的

偏小。

所以本题正确选项是C.

2.（2010·江苏卷）如图所示的电路中，电源的电动势为E,内阻为r,电感L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值，在t=0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t=t1时刻断开S,下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像中，正确的是（）

【答案】

B【解析】开关闭合时，线圈的自感阻碍作用，可看做电阻，线圈电阻逐渐减小，并联电路电阻逐渐减小。

电压

逐渐减小；开关闭合后再断开时，线圈的感应电流与原电流方向相同，形成回路，灯泡的电流与原来相反，并逐渐减小到0，所以本题选B。