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1、第 3 讲 自 感第 3 讲 自 感 目标定位 1.了解自感现象及自感现象产生的原因.2.知道自感现象中的一个重要概念 自感系数，了解影响其大小的因素.3.了解自感现象的利弊及其利用和防止 一、自感现象 1实验与探究 (1)断电自感 实验电路 实验要求电路稳定时 A1、A2亮度相同 ILIA1A1猛然亮一下再逐渐熄灭 ILIA1A1由原来亮度逐渐熄灭 ILIA1A1先立即变暗一些再逐渐熄灭 A2立刻熄灭 线圈中的电流在 原来电流值基础 上逐渐减小 (2)通电自感 实验电路 实验要求电路稳定时 A1、A2亮度相同 S 闭合的瞬间 A1先亮由于 A1支路为纯电阻电路，不产生自 感现象 A2逐渐变亮
2、， 最后与 A1 一样亮 由于L的自感作用阻碍 A2支路电流增 大，出现“延迟”现象 2.定义：由导体自身的电流变化所产生的电磁感应现象叫自感现象 二、自感电动势 1定义：由导体自身的电流变化所产生的感应电动势叫自感电动势 2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，当电流增大时， 自感电动势阻碍电流的增大；当电流减小时，自感电动势阻碍电流的减小 三、自感系数 1物理意义：描述线圈本身特性的物理量，简称自感或电感 2影响因素 ： 线圈的形状、横截面积、长短、匝数、有无铁芯线圈越粗、越长，匝数越多， 其自感系数就越大；有铁芯时线圈的自感系数比没铁芯时大得多 3单位：亨利，简
3、称亨，符号是 H.常用的较小单位有 mH 和H. 1mH103H,1H106H. 一、对通电自感现象的分析 1通电瞬间通过线圈的电流增大，自感电动势的方向与原电流方向相反，阻碍电流的增加， 但不能阻止增加 2通电瞬间自感线圈处相当于断路；电流稳定时，自感线圈相当于导体 3与线圈串联的灯泡在通电后会逐渐变亮，直到稳定 例 1 如图 1 所示，灯 A、B 完全相同，带铁芯的线圈L的电阻可忽略，则( ) 图 1 AS 闭合的瞬间，A、B 同时发光，接着 A 变暗，B 更亮，最后 A 熄灭 BS 闭合瞬间，A 不亮，B 立即亮 CS 闭合瞬间，A、B 都不立即亮 D稳定后再断开 S 的瞬间，B 熄灭，
4、A 闪亮一下再熄灭 答案 AD 解析 S 接通的瞬间，L所在支路中电流从无到有发生变化，因此，L中产生的自感电动势阻 碍电流增加。由于有铁芯，自感系数较大，对电流的阻碍作用也就很强，所以 S 接通的瞬间L 中的电流非常小，即干路中的电流几乎全部流过 A，所以 A、B 会同时亮；又由于L中电流逐 渐稳定，感应电动势逐渐消失，A 逐渐变暗，线圈的电阻可忽略，对 A 起到“短路”作用，因 此 A 最后熄灭这个过程电路的总电阻比刚接通时小，由恒定电流知识可知，B 会比以前更 亮稳定后 S 断开瞬间，由于线圈的电流较大，L与 A 组成回路，A 要闪亮一下再熄灭，B 立 即熄灭 二、对断电自感现象的分析
5、1断电时自感线圈处相当于电源 2断电时灯泡会不会闪亮一下再熄灭取决于通过灯泡前后电流大小的关系若断电前，自感 线圈电流大小IL大于灯泡的电流ID则灯泡会闪亮一下再熄灭 ； 若断电前， 自感线圈中的电流IL 小于灯泡中的电流ID则灯泡不会出现闪亮，而是逐渐熄灭 3要注意断电前后通过灯泡的电流方向可能变化 例 2 如图 2(a)、(b)所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，且小于灯泡 A 的电阻，接通 S，使电路达到稳定，灯泡 A 发光，则( ) 图 2 A在电路(a)中，断开 S，A 将渐渐变暗 B在电路(a)中，断开 S，A 将先变得更亮，然后渐渐变暗 C在电路(b)中，断开 S，A
6、 将渐渐变暗 D在电路(b)中，断开 S，A 将先变得更亮，然后渐渐变暗 答案 AD 解析 在电路(a)中，灯泡 A 和线圈L串联，它们的电流相同，断开 S 时，线圈上产生自感电 动势，阻碍原电流的减小，但流过灯泡 A 的电流仍逐渐减小，从而灯泡 A 只能渐渐变暗；在 电路(b)中，电阻R和灯泡 A 串联，灯泡 A 的电阻大于线圈L的电阻，电流则小于线圈L中的 电流，断开 S 时，电源不再给灯供电，而线圈产生自感电动势阻碍电流的减小，通过R、A 形 成回路，灯泡 A 中电流突然变大，灯泡 A 先变得更亮，然后渐渐变暗故 A、D 正确 针对训练 如图 3 所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r
7、，电感L的电阻不计，电阻R 的阻值大于灯泡 D 的阻值，在t0 时刻闭合开关 S，经过一段时间后，在tt1时刻断开 S， 下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图象中，正确的是( ) 图 3 答案 B 解析 在t0 时刻闭合开关 S，由于电感L产生自感电动势，阻碍电流通过，电源输出电流 较小，路端电压较高，经过一段时间电路稳定，电源输出电流较大，路端电压较低在tt1 时刻断开 S，电感L产生自感电动势，与灯泡构成闭合回路，灯泡 D 中有反向电流通过，所以 表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图象中正确的是 B. 三、对自感电动势及自感系数的理解 1对自感电动势的理解 (1)自感电动势
8、总是阻碍导体中原来电流的变化，可概括为“增反减同” (2)由EL知自感电动势与L和有关，与 I、t无关 I t I t 2对自感系数的理解 (1)自感系数的大小由线圈本身的特性决定，线圈越长，单位长度的匝数越多，横截面积越大， 自感系数越大 (2)自感系数与E、I、t等均无关系 例 3 关于线圈的自感系数，下面说法正确的是( ) A线圈的自感系数越大，自感电动势就一定越大 B线圈中电流等于零时，自感系数也等于零 C线圈中电流变化越快，自感系数越大 D线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定 答案 D 解析 线圈的自感系数是由线圈本身的因素及有无铁芯决定的，与有无电流、电流变化情况 都没有关
9、系，故 B、C 错误，D 正确；自感电动势的大小除了与自感系数有关，还与电流的变 化率有关，故 A 错误 四、电磁阻尼、电磁驱动 闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应电流时，导体在磁场中要受到安培力的作 用，根据楞次定律，安培力总是阻碍导体的运动，于是产生电磁阻尼 电磁阻尼是一种十分普遍的物理现象，任何在磁场中运动的导体，只要给感应电流提供回路， 就会存在电磁阻尼作用 例 4 位于光滑水平面的小车上放置一螺线管，一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴 线水平穿过，如图 4 所示，在此过程中( ) 图 4 A磁铁做匀速直线运动 B磁铁做减速运动 C小车向右做加速运动 D小车先加速后减速
10、答案 BC 解析 磁铁水平穿入螺线管时，管中将产生感应电流，由楞次定律知螺线管左端相当于 S 极， 与磁铁 S 极相斥，阻碍磁铁的运动同理，磁铁穿出时，由楞次定律知螺线管右端为 S 极， 与磁铁的 N 极相吸，阻碍磁铁的运动，故整个过程中，磁铁做减速运动，B 正确；而对于小车 上螺线管来说，在此过程中，螺线管会产生感应电流，从而使螺线管受到的安培力都是水平 向右，这个安培力使小车向右运动起来，且一直做加速运动，C 正确 对通、断电自感现象的分析 1如图 5 所示的电路中 A1和 A2是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其阻 值与电阻R相同在开关 S 接通和断开时，灯泡 A1和 A
11、2亮暗的顺序是( ) 图 5 A接通时 A1先达最亮，断开时 A1后灭 B接通时 A2先达最亮，断开时 A1后灭 C接通时 A1先达最亮，断开时 A1先灭 D接通时 A2先达最亮，断开时 A2先灭 答案 A 解析 当开关 S 接通时， A1和 A2同时亮， 但由于自感现象的存在， 流过线圈的电流由零变大时， 线圈上产生自感电动势阻碍电流的增大，使通过线圈的电流从零开始慢慢增加，所以开始时 电流几乎全部从 A1通过，而该电流又将同时分两路通过 A2和R，所以 A1先达最亮，经过一段 时间电路稳定后，A1和 A2达到一样亮；当开关 S 断开时，电源电流立即为零，因此 A2立即熄 灭，而对 A1，由
12、于通过线圈的电流突然减小，线圈中产生自感电动势阻碍电流的减小，使线 圈L和 A1组成的闭合电路中有感应电流，所以 A1后灭 对自感电动势的理解 2关于线圈中自感电动势大小的说法中正确的是( ) A电感一定时，电流变化越大，自感电动势越大 B电感一定时，电流变化越快，自感电动势越大 C通过线圈的电流为零的瞬间，自感电动势为零 D通过线圈的电流为最大值的瞬间，自感电动势最大 答案 B 解析 电感一定时，电流变化越快，越大，由EL知，自感电动势越大，A 错，B 对； I t I t 线圈中电流为零时，电流的变化率不一定为零，自感电动势不一定为零，故 C 错；当通过线 圈的电流最大时，电流的变化率为零
13、，自感电动势为零，故 D 错 3一个线圈中的电流均匀增大，这个线圈的( ) A磁通量均匀增大 B自感系数均匀增大 C自感系数、自感电动势均匀增大 D自感系数、自感电动势、磁通量都不变 答案 A 解析 电流均匀增大时，线圈中磁感应强度均匀增大，所以磁通量均匀增大，而自感电动势 取决于磁通量的变化率， 所以自感电动势不变 ； 自感系数取决于线圈本身的因素， 也保持不变， 只有选项 A 正确 对电磁阻尼的理解 4如图 6 所示，使一个铜盘绕其竖直的轴OO转动，且假设摩擦等阻力不计，转动是匀速的。 现把一个蹄形磁铁移近铜盘，则( ) 图 6 A铜盘转动将变慢 B铜盘转动将变快 C铜盘仍以原来的转速转动 D铜盘转动速度是否变化，要根据磁铁的上、下两端的极性来决定 答案 A 解析 当一个蹄形磁铁移近铜盘时，铜盘转动切割磁感线，产生感应电流，由楞次定律可知 感应电流所受的安培力阻碍其相对运动，所以铜盘转动将变慢本题也可以从能量守恒的角 度去分析，因为铜盘转动切割磁感线，产生感应电流，铜盘的机械能不断转化成电能，铜盘 转动会逐渐变慢选项 A 正确