2021-2022學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：互感和自感

1、互感和自感和質(zhì)心定理12互感和自感 一、互感現(xiàn)象 (mutual induction phenomenon)互感現(xiàn)象：一個(gè)線圈中電流發(fā)生變化在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，處于此空間的另一個(gè)線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。線圈2中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 設(shè) 12=M12I1 ；M12 互感系數(shù) 2B1I1 B1 12 2顯然 若線圈的形狀、大小和相對(duì)位置保持不變，M12為常量1I12 12 23 同樣通有電流I2的線圈2, 在空間產(chǎn)生磁場(chǎng)B2，B2在線圈1中產(chǎn)生的磁通量為21，并且21正比于I2 線圈1中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)2 和1 稱為互感電動(dòng)勢(shì)，方向可按照楞次定律確定B2理論和實(shí)驗(yàn)都可以證明 M21 = M12 =

2、MM與哪些因素有關(guān)呢？ 互感 M由線圈的幾何形狀、大小、匝數(shù)和相對(duì)位置所決定，若存在磁介質(zhì)，互感 M 還與磁介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)2I21I1 21 = M21 I2 2114二、自感現(xiàn)象 (self-induction phenomenon) 操作：調(diào)節(jié) R = RL 接通 K現(xiàn)象：B比A亮得遲緩些原因：自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的增加現(xiàn)象： A并不馬上熄滅， 而是突然更亮一下以后才滅操作：斷開(kāi) K 原因： 電流斷開(kāi)，產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)引起很大感應(yīng)電流5 自感現(xiàn)象：當(dāng)一個(gè)線圈中的電流變化時(shí)，激發(fā)的變化磁場(chǎng)引起了線圈自身的磁通量變化，從而在線圈自身產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 自感電動(dòng)勢(shì) 根據(jù)法拉第定律，線圈中的自感電動(dòng)勢(shì)為

3、設(shè)過(guò)線圈的磁通量與線圈自身電流的比例系數(shù)為L(zhǎng)： = LI , L為自感系數(shù)，簡(jiǎn)稱自感 I B 顯然 =當(dāng)線圈的大小和形狀保持不變，且附近不存在鐵磁質(zhì)時(shí)，自感L為常量 自感單位與互感相同,都是H (亨利)I 6 自感應(yīng)用：日光燈鎮(zhèn)流器；高頻扼流圈；自感線圈與電容器組合構(gòu)成振蕩電路或?yàn)V波電路。自感危害：電路斷開(kāi)時(shí)，產(chǎn)生自感電弧。 通電后，啟輝器輝光放電，金屬片受熱形變互相接觸，形成閉合回路，電流流過(guò)，日光燈燈絲加熱釋放電子。 同時(shí)，啟輝器接通輝光熄滅，金屬片冷卻斷開(kāi)，電路切斷，鎮(zhèn)流器線圈中產(chǎn)生比電源電壓高得多的自感電動(dòng)勢(shì)，使燈管內(nèi)氣體電離發(fā)光。 啟輝器(輝光式): 外面是一個(gè)鋁殼，里面有一個(gè)氖燈和

4、一個(gè)紙質(zhì)電容器，氖燈是一個(gè)充有氖氣的小玻璃泡，里邊有一個(gè)U形雙金屬片和一個(gè)靜觸片。雙金屬片是由兩種膨脹系數(shù)不同的金屬組成，受熱后，由于兩種金屬的膨脹不同而彎曲程度減小，與靜觸片相碰，冷卻后恢復(fù)原形與靜觸片分開(kāi)。 7 例：如圖所示，一長(zhǎng)度為 l 的直螺線管橫截面積為S，匝數(shù)為N1 。在此螺線管的中部，密繞一匝數(shù)為N2 的短線圈，假設(shè)兩組線圈中每一匝線圈的磁通量都相同。求兩線圈的互感。 解: 如果在線圈1中通以電流I1，則在線圈中部產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁場(chǎng)在線圈2中產(chǎn)生的磁通量為 所以兩線圈的互感為 8例：一長(zhǎng)度為l、截面積為S的長(zhǎng)直螺線管，密繞線圈的總匝數(shù)為N，管內(nèi)充滿磁導(dǎo)率為 的磁介質(zhì)。求此螺線

5、管的自感 解：無(wú)限長(zhǎng)螺線管內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度通過(guò)每匝磁通量相等總磁通量為 單位長(zhǎng)度上的匝數(shù) n=N/l 螺線管體積V=Sl，則 = n2I V螺線管自感為 （長(zhǎng)直螺線圈管內(nèi)部的磁場(chǎng)可以認(rèn)為是均勻的） 9例：求無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線和矩形線框的互感系數(shù)。 互感系數(shù)（2）由于長(zhǎng)直導(dǎo)線磁場(chǎng)的對(duì)稱性，通過(guò)矩形線框的磁通量為零，所以它們的互感系數(shù)為零。（2） IblI （1）a解(1)建立坐標(biāo)如圖x例：長(zhǎng)為l 、質(zhì)量為M 的小車靜止放置在水平光滑軌道上，車 上有一質(zhì)量為m的人, 從靜止開(kāi)始由A端走到B端，求小車和人各自的位移是多少xAB解：人和小車組成的系統(tǒng)沿水平方向受到的合外力為零，根據(jù)質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理質(zhì)心加速度 質(zhì)心速度 質(zhì)心位置 設(shè)小車最終的位移為 x, 車的質(zhì)心距車B端的距離為0 x人在A端和B端時(shí)系統(tǒng)質(zhì)心坐標(biāo)分別是因質(zhì)心位置不變，所以 xc0 = xc解得 小車移動(dòng)距離 人對(duì)地面位移為xAB0 x l MmmM 若質(zhì)點(diǎn)系所受外力矢量和為零，則質(zhì)心靜止或 質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理有其局限性，僅給出質(zhì)心加速度，未對(duì)質(zhì)點(diǎn)系運(yùn)動(dòng)作全面描述，但它畢竟為我們描述了質(zhì)點(diǎn)系整體運(yùn)動(dòng)的重要特征 將實(shí)際物體抽象為質(zhì)點(diǎn)，只考慮質(zhì)心運(yùn)動(dòng)而忽略