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2020-2021学年4 互感和自感示范课课件ppt
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这是一份2020-2021学年4 互感和自感示范课课件ppt，共41页。PPT课件主要包含了互感现象，电磁感应，一互感现象，牛刀小试，自感现象，二自感现象，双线绕法消除自感现象，磁场的能量等内容，欢迎下载使用。
视频中两个线圈并没有直接连接，为什么也能产生电流？这是什么原理？
两个线圈之间是没有导线相连的，但当一个线圈中电流发生改变时，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的现象，称为互感。
在法拉第的实验中，两个线圈之间并没有导线相连，但电流表会发生偏转，这运用的也是互感现象。
互感现象产生的感应电动势，称之为互感电动势。
1、互感：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，它所产生的变化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．2、互感电动势：互感现象中产生的感应电动势。
4、应用：利用互感现象可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈，因此在电工技术和电子技术中有广泛应用。如变压器就是利用互感现象制成的。
5、防止：互感现象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两个相互靠近的电路之间。在电力工程中和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，要设法减小互感。
所以平时说的金属壳包装的用电器漏电，有一种是互感引起的。
例题：(多选)如图所示，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( )
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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
在电路中，两个灯泡A1和A2的规格相同，A1与线圈L串联后接到电源上，A2与可变电阻R串联后接到电源上。先闭合开关S，调节变阻R，使两个灯泡的亮度相同，再调节可变电阻R1，使它们都正常发光，然后断开开关S。重新接通电路。注意观察，在开关闭合的时候两个灯泡的发光情况。
当电路自身的电流发生变化时，会不会产生感应电动势呢？下面我们首先来观察演示实验。
如图，A1、A2 是规格完全一样的灯泡。线圈 L的阻值为RL，调节变阻器 R，使R=RL。闭合开关 S，观察A1、A2灯泡亮度的变化，请结合教材解释该实验现象。
穿过线圈的电流I 增大
流过A、B灯的电流随时间怎样变化？
连接电路。先闭合开关待灯泡发光。然后断开开关。注意观察开关断开时灯泡的亮度。
为什么灯不是立即熄灭，而要闪亮一下才熄灭.
通过线圈的电流I 减小
1 感应电流方向如何？
2 原电流方向如何？
3 通过灯的电流怎样变化？
（1） 若RL < RA，电路稳定时，IL和IA大小关系？断开S后，观察A灯泡亮度变化，为什么？（2） 若RL ≥ RA，电路稳定时，IL和IA大小关系？断开S后，观察A灯泡亮度变化，为什么？
（1）当 IL > IA 时，会闪一下，再逐渐熄灭
（2）当 IL ≤ IA 时，逐渐熄灭
通电自感与断电自感比较
自感电动势的大小：与电流的变化率成正比
6、自感系数L:简称“自感”或“电感”（1）物理意义：描述线圈产生自感电动势本领大小（能力）的物理量 数值上等于通过线圈的电流在1S内改变1A时产生的自感电动势的大小。（ 如果通过线圈的电流在1秒内改变1安培时，产生的电动势是1伏特，这个线圈的自感系数就是1亨利）（2）国际单位：亨利，简称亨，符号是 H。常用单位：毫亨（m H） 微亨（μH） 1H=103 mH=106 μH（3）决定因素：自感系数由线圈本身的性质决定，与线圈是否通电无关。线圈越大，越粗，匝数越多，自感系数越大。另外，带有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。
约瑟夫·亨利 Henry Jseph 1797-1878
美国著名物理学家，1867年起，任美国科学院第一任院长;1829年制成了能提起一吨重铁块的电磁铁；1830年发现电磁感应现象，比法拉第早一年；1832年发现了电流的自感现象；……
从来不申请专利 无偿贡献给社会
1 应用： 在交流电路中、在各种用电设备和无线电技术中有着广泛的应用。如日光灯的镇流器等。
2 防止：在切断自感系数很大、电流很强的电路的瞬间，产生很高的电动势，形成电弧，在这类电路中应采用特制的开关。
8、自感现象的应用和防止
电弧放电，烧坏开关，危及人身安全
磁通量 恒=0
由于两根平行导线中的电流方向相反，它们的磁场可以互相抵消，从而可以使自感现象的影响减弱到可以忽略的程度。
变压器、电动机等器材都有很大的线圈，当电路中的开关断开时，会产生很大的自感电动势，使得开关的金属片之间产生电火花，烧蚀接触点，甚至引起人身伤害。
电动机等大功率用电器的开关应该装在金属壳中。最好使用油浸开关，即把开关的接触点浸在绝缘油中，避免出现电火花。
问题：在断电自感的实验中，为什么开关断开后，灯泡的发光会持续一段时间？甚至会比原来更亮？试从能量的角度加以讨论。
开关闭合时线圈中有电流，电流产生磁场，能量储存在磁场中.开关断开时，线圈作用相当于电源，把磁场中的能量转化成电能。
电源断开以后，线圈中的电流并未立即消失，这时的电流仍然可以功，说明线圈储存了能量。线圈中有电流，有电流就有磁场，能量根可能储存在场中，当开关合时，线圈中的电流从无到有，其中的磁场也是从无到有，这可以看做电源把能量输送给磁场，储存在磁场中。当然，这里关于磁场能量的讨论还只是一个合理的假设。有关电磁场能量的直接实验验证，要在我们认识了电磁波之后才有可能。
电的“惯性”：自感电动势有阻碍线圈中电流变化的“惯性”。
『判一判』(1)当线圈中电流不变时，线圈中没有自感电动势。( )(2)当线圈中电流反向时，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相反。( )(3)当线圈中电流增大时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流方向相反。( )(4)当线圈中电流减小时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流方向相反。( )(5)互感现象是电磁感应的应用。( )(6)线圈的自感系数的大小与线圈中通入电流的大小有关。( )
√ × √ × √ ×
【例题1】如图所示，是一种延时开关的原理图，当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通；当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放．则( )A．由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用B．由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用C．如果断开B线圈的开关S2，无延时作用D．如果断开B线圈的开关S2，延时将变长
S2闭合，S1断开时，线圈B中有感应电流，产生电磁感应作用
若S2断开，线圈B中不产生感应电流而起不到延时作用
【例题2】在如图所示的甲、乙电路中，电阻R和灯泡电阻值相等，自感线圈L的电阻值可认为是零．在接通开关S时，则( )A．在电路甲中，A将渐渐变亮B．在电路甲中，A将先变亮，后渐渐变暗C．在电路乙中，A将渐渐变亮D．在电路乙中，A将由亮渐渐变暗，后熄灭
在电路甲中,通过灯泡的电流只能慢慢增加
在电路乙中,通过自感线圈的电流逐渐增加,而通过灯泡的电流逐渐减小,流过线圈的电流最大时，通过灯泡的电流可以认为是零
自感线圈产生自感电动势来阻碍电流的流入
【例题3】如图是用于观察自感现象的电路图，设线圈的自感系数较大，线圈的直流电阻RL与灯泡的电阻R满足RL≪R，则在开关S由闭合到断开的瞬间，可以观察到( )A．灯泡立即熄灭B．灯泡逐渐熄灭C．灯泡有明显的闪亮现象D．只有在RL≫R时，才会看到灯泡 有明显的闪亮现象
若RL≫R，则IL≪IR，这样不会有明显的闪亮
电路稳定时，由于RL≪R，那么IL≫IR
S断开的瞬时，在L上产生的自感电动势要阻碍电流的减小，流过线圈的电流IL通过灯泡，由于IL≫IR，因此灯开始有明显的闪亮．
电流增大时，电流产生的磁场的磁通量增大，根据楞次定律和右手定则可判断自感电动势的方向与原电流方向相反
【例题4】下列说法正确的是( )A．当线圈中电流不变时，线圈中没有自感电动势B．当线圈中电流不变时，线圈中有稳定的自感电动势C．当线圈中电流增大时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反D．当线圈中电流减小时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反
电流不变时，则电流产生的磁场的磁通量不变，不能产生自感电动势
1．如图所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值相等且小于灯泡A的电阻。下列说法正确的是（ ）A．接通S，灯泡A逐渐变亮B．接通S，灯泡A立即变亮，然后逐渐熄灭C．断开S，灯泡A将先闪亮一下，然后逐渐熄灭D．断开S后的瞬间，通过灯A的电流方向跟断开前的电流方向相同
2．某学生做自感现象实验时，连接电路如图所示，则（ ）A．闭合开关S，L1灯泡立刻变亮，且亮度不变B．闭合开关S，L2灯泡逐渐变亮，然后亮度不变C．电路稳定后断开开关S，L1灯泡先闪亮一下后再熄灭D．电路稳定后断开开关S，L2灯泡先变亮后再逐渐熄灭
3．如图所示，灯泡A、B完全相同，若线圈L的电阻为RL，且RL>RA（RA为灯泡A的电阻），则（ ）A．S闭合瞬间，灯A、B同时发光B．S闭合瞬间，灯A不亮，灯B立即亮C．稳定后再断开S的瞬间，灯A、B均闪亮一下熄灭D．稳定后再断开S的瞬间，灯B立即熄灭，灯A闪亮一下熄灭
4．某同学用如图所示的电路研究断电自感现象。闭合开关S，小灯泡发光；再断开S，小灯泡渐渐熄灭。重复多次，仍未见老师演示断电时出现的小灯泡闪亮现象，你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是（ ）A．线圈电阻较大B．小灯泡电阻较大C．电源的电动势较小D．线圈的自感系数较大
5．关于自感现象、自感系数、自感电动势，下列说法正确的是（ ）A．当线圈中通恒定电流时，线圈中没有自感现象，线圈自感系数为零B．线圈中电流变化越快，线圈的自感系数越大C．自感电动势与原电流方向相反D．对于确定的线圈，其产生的自感电动势与其电流变化率成正比
6．如图甲所示，A、B两绝缘金属环套在同一铁芯上，A环中电流iA随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法中正确的是( )A．t1时刻，两环作用力最大B．t2和t3时刻，两环相互吸引C．t2时刻两环相互吸引，t3时刻两环相互排斥D．t3和t4时刻，两环相互吸引
t1时刻感应电流为零，故两环作用力为零，则A错误
t2和t3时刻A环中电流在减小，则B环中产生与A环中同向的电流，故相互吸引，B正确、C错误
t4时刻A中电流为零，两环无相互作用．D错．
7．电流传感器在电路中相当于电流表，可以用来研究自感现象，在如题图所示的实验电路中，电源电动势为E，内阻是r，L是自感线圈，其自感系数足够大，直流电阻值大于灯泡D的阻值，电流传感器的电阻可以忽略不计，在t=0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t=t1时刻断开开关，在下列表示电流传感器记录的电流随时间变化情况的图象中，可能正确的是（ ）
视频中两个线圈并没有直接连接，为什么也能产生电流？这是什么原理？
两个线圈之间是没有导线相连的，但当一个线圈中电流发生改变时，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的现象，称为互感。
在法拉第的实验中，两个线圈之间并没有导线相连，但电流表会发生偏转，这运用的也是互感现象。
互感现象产生的感应电动势，称之为互感电动势。
1、互感：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，它所产生的变化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．2、互感电动势：互感现象中产生的感应电动势。
4、应用：利用互感现象可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈，因此在电工技术和电子技术中有广泛应用。如变压器就是利用互感现象制成的。
5、防止：互感现象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两个相互靠近的电路之间。在电力工程中和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，要设法减小互感。
所以平时说的金属壳包装的用电器漏电，有一种是互感引起的。
例题：(多选)如图所示，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( )
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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
在电路中，两个灯泡A1和A2的规格相同，A1与线圈L串联后接到电源上，A2与可变电阻R串联后接到电源上。先闭合开关S，调节变阻R，使两个灯泡的亮度相同，再调节可变电阻R1，使它们都正常发光，然后断开开关S。重新接通电路。注意观察，在开关闭合的时候两个灯泡的发光情况。
当电路自身的电流发生变化时，会不会产生感应电动势呢？下面我们首先来观察演示实验。
如图，A1、A2 是规格完全一样的灯泡。线圈 L的阻值为RL，调节变阻器 R，使R=RL。闭合开关 S，观察A1、A2灯泡亮度的变化，请结合教材解释该实验现象。
穿过线圈的电流I 增大
流过A、B灯的电流随时间怎样变化？
连接电路。先闭合开关待灯泡发光。然后断开开关。注意观察开关断开时灯泡的亮度。
为什么灯不是立即熄灭，而要闪亮一下才熄灭.
通过线圈的电流I 减小
1 感应电流方向如何？
2 原电流方向如何？
3 通过灯的电流怎样变化？
（1） 若RL < RA，电路稳定时，IL和IA大小关系？断开S后，观察A灯泡亮度变化，为什么？（2） 若RL ≥ RA，电路稳定时，IL和IA大小关系？断开S后，观察A灯泡亮度变化，为什么？
（1）当 IL > IA 时，会闪一下，再逐渐熄灭
（2）当 IL ≤ IA 时，逐渐熄灭
通电自感与断电自感比较
自感电动势的大小：与电流的变化率成正比
6、自感系数L:简称“自感”或“电感”（1）物理意义：描述线圈产生自感电动势本领大小（能力）的物理量 数值上等于通过线圈的电流在1S内改变1A时产生的自感电动势的大小。（ 如果通过线圈的电流在1秒内改变1安培时，产生的电动势是1伏特，这个线圈的自感系数就是1亨利）（2）国际单位：亨利，简称亨，符号是 H。常用单位：毫亨（m H） 微亨（μH） 1H=103 mH=106 μH（3）决定因素：自感系数由线圈本身的性质决定，与线圈是否通电无关。线圈越大，越粗，匝数越多，自感系数越大。另外，带有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。
约瑟夫·亨利 Henry Jseph 1797-1878
美国著名物理学家，1867年起，任美国科学院第一任院长;1829年制成了能提起一吨重铁块的电磁铁；1830年发现电磁感应现象，比法拉第早一年；1832年发现了电流的自感现象；……
从来不申请专利 无偿贡献给社会
1 应用： 在交流电路中、在各种用电设备和无线电技术中有着广泛的应用。如日光灯的镇流器等。
2 防止：在切断自感系数很大、电流很强的电路的瞬间，产生很高的电动势，形成电弧，在这类电路中应采用特制的开关。
8、自感现象的应用和防止
电弧放电，烧坏开关，危及人身安全
磁通量 恒=0
由于两根平行导线中的电流方向相反，它们的磁场可以互相抵消，从而可以使自感现象的影响减弱到可以忽略的程度。
变压器、电动机等器材都有很大的线圈，当电路中的开关断开时，会产生很大的自感电动势，使得开关的金属片之间产生电火花，烧蚀接触点，甚至引起人身伤害。
电动机等大功率用电器的开关应该装在金属壳中。最好使用油浸开关，即把开关的接触点浸在绝缘油中，避免出现电火花。
问题：在断电自感的实验中，为什么开关断开后，灯泡的发光会持续一段时间？甚至会比原来更亮？试从能量的角度加以讨论。
开关闭合时线圈中有电流，电流产生磁场，能量储存在磁场中.开关断开时，线圈作用相当于电源，把磁场中的能量转化成电能。
电源断开以后，线圈中的电流并未立即消失，这时的电流仍然可以功，说明线圈储存了能量。线圈中有电流，有电流就有磁场，能量根可能储存在场中，当开关合时，线圈中的电流从无到有，其中的磁场也是从无到有，这可以看做电源把能量输送给磁场，储存在磁场中。当然，这里关于磁场能量的讨论还只是一个合理的假设。有关电磁场能量的直接实验验证，要在我们认识了电磁波之后才有可能。
电的“惯性”：自感电动势有阻碍线圈中电流变化的“惯性”。
『判一判』(1)当线圈中电流不变时，线圈中没有自感电动势。( )(2)当线圈中电流反向时，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相反。( )(3)当线圈中电流增大时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流方向相反。( )(4)当线圈中电流减小时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流方向相反。( )(5)互感现象是电磁感应的应用。( )(6)线圈的自感系数的大小与线圈中通入电流的大小有关。( )
√ × √ × √ ×
【例题1】如图所示，是一种延时开关的原理图，当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通；当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放．则( )A．由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用B．由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用C．如果断开B线圈的开关S2，无延时作用D．如果断开B线圈的开关S2，延时将变长
S2闭合，S1断开时，线圈B中有感应电流，产生电磁感应作用
若S2断开，线圈B中不产生感应电流而起不到延时作用
【例题2】在如图所示的甲、乙电路中，电阻R和灯泡电阻值相等，自感线圈L的电阻值可认为是零．在接通开关S时，则( )A．在电路甲中，A将渐渐变亮B．在电路甲中，A将先变亮，后渐渐变暗C．在电路乙中，A将渐渐变亮D．在电路乙中，A将由亮渐渐变暗，后熄灭
在电路甲中,通过灯泡的电流只能慢慢增加
在电路乙中,通过自感线圈的电流逐渐增加,而通过灯泡的电流逐渐减小,流过线圈的电流最大时，通过灯泡的电流可以认为是零
自感线圈产生自感电动势来阻碍电流的流入
【例题3】如图是用于观察自感现象的电路图，设线圈的自感系数较大，线圈的直流电阻RL与灯泡的电阻R满足RL≪R，则在开关S由闭合到断开的瞬间，可以观察到( )A．灯泡立即熄灭B．灯泡逐渐熄灭C．灯泡有明显的闪亮现象D．只有在RL≫R时，才会看到灯泡 有明显的闪亮现象
若RL≫R，则IL≪IR，这样不会有明显的闪亮
电路稳定时，由于RL≪R，那么IL≫IR
S断开的瞬时，在L上产生的自感电动势要阻碍电流的减小，流过线圈的电流IL通过灯泡，由于IL≫IR，因此灯开始有明显的闪亮．
电流增大时，电流产生的磁场的磁通量增大，根据楞次定律和右手定则可判断自感电动势的方向与原电流方向相反
【例题4】下列说法正确的是( )A．当线圈中电流不变时，线圈中没有自感电动势B．当线圈中电流不变时，线圈中有稳定的自感电动势C．当线圈中电流增大时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反D．当线圈中电流减小时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反
电流不变时，则电流产生的磁场的磁通量不变，不能产生自感电动势
1．如图所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值相等且小于灯泡A的电阻。下列说法正确的是（ ）A．接通S，灯泡A逐渐变亮B．接通S，灯泡A立即变亮，然后逐渐熄灭C．断开S，灯泡A将先闪亮一下，然后逐渐熄灭D．断开S后的瞬间，通过灯A的电流方向跟断开前的电流方向相同
2．某学生做自感现象实验时，连接电路如图所示，则（ ）A．闭合开关S，L1灯泡立刻变亮，且亮度不变B．闭合开关S，L2灯泡逐渐变亮，然后亮度不变C．电路稳定后断开开关S，L1灯泡先闪亮一下后再熄灭D．电路稳定后断开开关S，L2灯泡先变亮后再逐渐熄灭
3．如图所示，灯泡A、B完全相同，若线圈L的电阻为RL，且RL>RA（RA为灯泡A的电阻），则（ ）A．S闭合瞬间，灯A、B同时发光B．S闭合瞬间，灯A不亮，灯B立即亮C．稳定后再断开S的瞬间，灯A、B均闪亮一下熄灭D．稳定后再断开S的瞬间，灯B立即熄灭，灯A闪亮一下熄灭
4．某同学用如图所示的电路研究断电自感现象。闭合开关S，小灯泡发光；再断开S，小灯泡渐渐熄灭。重复多次，仍未见老师演示断电时出现的小灯泡闪亮现象，你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是（ ）A．线圈电阻较大B．小灯泡电阻较大C．电源的电动势较小D．线圈的自感系数较大
5．关于自感现象、自感系数、自感电动势，下列说法正确的是（ ）A．当线圈中通恒定电流时，线圈中没有自感现象，线圈自感系数为零B．线圈中电流变化越快，线圈的自感系数越大C．自感电动势与原电流方向相反D．对于确定的线圈，其产生的自感电动势与其电流变化率成正比
6．如图甲所示，A、B两绝缘金属环套在同一铁芯上，A环中电流iA随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法中正确的是( )A．t1时刻，两环作用力最大B．t2和t3时刻，两环相互吸引C．t2时刻两环相互吸引，t3时刻两环相互排斥D．t3和t4时刻，两环相互吸引
t1时刻感应电流为零，故两环作用力为零，则A错误
t2和t3时刻A环中电流在减小，则B环中产生与A环中同向的电流，故相互吸引，B正确、C错误
t4时刻A中电流为零，两环无相互作用．D错．
7．电流传感器在电路中相当于电流表，可以用来研究自感现象，在如题图所示的实验电路中，电源电动势为E，内阻是r，L是自感线圈，其自感系数足够大，直流电阻值大于灯泡D的阻值，电流传感器的电阻可以忽略不计，在t=0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t=t1时刻断开开关，在下列表示电流传感器记录的电流随时间变化情况的图象中，可能正确的是（ ）
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