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自感现象的原理及应用1. 引言自感现象是一种物理现象，指的是当电流经过一条导线时，产生的磁场会对导线本身产生感应电动势的现象。
这种自感作用在电路设计和应用中具有重要的作用。
本文将介绍自感现象的基本原理、计算方法以及在电路设计和应用中的应用。
2. 自感现象的原理自感现象基于法拉第电磁感应定律，即改变磁通量线的大小和方向会在导线上产生感应电动势。
自感现象的原理可以用以下公式表示：$$ V = -L \\frac{di}{dt} $$其中，V表示电压，L表示自感系数，di/dt表示电流的变化率。
3. 自感系数的计算自感系数是用来衡量导线对其本身产生的磁场的感应程度。
具体计算方法如下：•直线导线的自感系数计算公式为：$$ L = \\frac{\\mu_0 \\cdot \\pi \\cdot d}{ln(\\frac{8d}{r})} $$其中，L表示自感系数，$\\mu_0$表示真空中的磁导率，d表示导线的长度，r表示导线的半径。
•环形导线的自感系数计算公式为：$$ L = \\frac{\\mu_0 \\cdot R}{2} \\cdot \\left[ln\\left(\\frac{8R}{r}\\right)-1\\right] $$其中，L表示自感系数，$\\mu_0$表示真空中的磁导率，R表示环形导线的半径，r表示导线的半径。
4. 自感现象在电路设计中的应用自感现象在电路设计中有广泛的应用，下面列举了一些常见的应用场景。
•电感器：电感器是利用自感现象制造的一种电子元件，常用于滤波器、功率供给器、谐振器等电路中。
它们基于自感现象的特性，可以实现对特定频率的信号进行滤波和放大的功能。
•电感耦合：在一些电路中，可以利用自感现象实现电感耦合，将两个或多个电路以电感器作为耦合元件连接起来。
这种电感耦合可以实现信号的传输和干扰的隔离。
•变压器：变压器是基于自感现象的原理构造的，它利用电磁感应现象和自感现象将交流电压从一路传送到另一路。
第六节自感现象及其应用学习目标知识脉络1、理解自感现象,掌握自感现象的特点,能正确分析两类自感现象、(重点)2。
明白日光灯的结构和工作原理、(重点)3、断电自感灯泡闪亮原因的分析判断。
(难点)自感现象与自感系数１、自感现象:当线圈中的电流发生变化时,线圈本身产生感应电动势,阻碍原来电流变化的现象。
２。
通电自感和断电自感电路现象自感电动势的作用通电自感接通电源的瞬间,灯泡Ａ１较慢的亮起来阻碍电流的增加断电自感断开开关的瞬间,灯泡Ａ逐渐变暗阻碍电流的减小在自感现象中产生的感应电动势。
4、自感系数(1)定义:描述通电线圈自身特性的物理量,又称自感或电感、(２)物理意义:表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量。
(3)大小的决定因素:与线圈的大小、形状、圈数以及有无铁芯等因素有关。
(4)单位:国际单位是亨利,简称亨,符号是H,常用的还有毫亨(ｍＨ)和微亨(μH),１H＝1０３mH=106μH。
错误!1。
自感现象是由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象、(√)2、线圈中自感电动势的方向总与引起自感的原电流的方向相反、(×)３、线圈中自感电动势的大小与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关、(√) 错误!大城市的无轨电车在行驶的过程中,由于车身颠簸,有估计使车顶上的电弓瞬间脱离电网线,这时能够看到电火花闪现、试说明产生电火花的原因是什么?【提示】电弓脱离电网线的瞬间电流减小,所产生的自感电动势特别大,在电弓与电网线的空隙产生电火花、错误!如图1。
６、1所示,A1、A2是规格完全一样的灯泡,①S闭合时,发现A1比A2亮得晚;②Ｓ断开时,两灯泡都亮一会再熄灭、图1-6、1探讨1:为什么会出现上述①中的现象？【提示】开关闭合时,电流从0开始增加,线圈L中的磁通量发生变化形成感应电流,阻碍线圈中电流的增加,推迟了电流达到正常值的时间,故Ａ1比A2亮得晚、探讨2:断开时为什么出现②中的现象？【提示】Ｓ断开时,电流开始减小,线圈中磁通量也发生变化,同样推迟电流的减小时间,此时L相当于电源,回路中的Ａ1、Ａ2都亮一会再熄灭、、A2的电流方向一样不？探讨3:①②两种现象中,流过A１【提示】不一样,A1中电流方向不变,Ａ２中电流方向相反、＼ａ＼vs４＼ａｌ([核心点击］)灯泡亮度的变化分析AＢ忽略、则()图1。
自感的原理及应用自感是一种电磁现象，当电流通过一个线圈时，产生的磁场会导致自感。
自感的原理是根据法拉第电磁感应定律，即根据电磁场的变化，产生感应电动势。
自感是由线圈的感应现象导致的，当电流通过线圈时，线圈内外都会产生磁场，磁场的变化会导致线圈内部产生感应电势。
具体来说，当电流通过线圈时，电流的流动会产生一个磁场。
磁场的强度与电流的大小成正比，与线圈的匝数成正比，与线圈的形状有关。
当电流改变时，磁场也会随之改变。
根据法拉第电磁感应定律，磁场的变化会导致线圈内部产生感应电势。
这种感应电势的方向与电流改变的方向相反，即阻碍电流改变的方向。
这就是自感的原理。
自感的应用非常广泛。
以下是一些常见的应用：1. 电感器：自感可以用于制造电感器。
电感器是一种用于储存和释放电能的元件。
当外部电流通过电感器时，电流会在电感器中产生一个磁场，随着时间的推移，电感器中的磁场储存了一定的电能。
当外部电流断开时，磁场会逐渐消失，释放储存的电能。
电感器广泛用于电子电路中，例如滤波器、振荡器等。
2. 高压变压器：自感也被广泛应用于高压变压器中。
高压变压器是一种用于改变电压的装置。
它是由一个输入线圈和一个输出线圈组成的。
当输入线圈中的电流改变时，由于自感的作用，会产生感应电势。
这个感应电势会在输出线圈中产生一个与输入线圈不同的电压。
通过调整输入输出线圈的匝数比，可以实现不同程度的电压变换。
3. 发电机和变压器：自感也是发电机和变压器中的重要组成部分。
发电机是将机械能转化为电能的装置，而变压器则是用于改变电压的装置。
在发电机和变压器中，线圈中的自感起到了重要的作用。
当电流通过线圈时，产生的磁场会导致感应电势，从而输出电能。
4. 电磁炉：自感也被广泛应用于电磁炉中。
电磁炉是一种利用电磁感应加热的设备。
通过通过变化的电流产生的变化磁场，感应炉内的金属锅具中的电流。
锅具中的电流会产生热量，从而加热食物。
电磁炉具有高效、精确控温等优点，广泛应用于家庭和商业厨房。
《自感现象及其应用》教学设计广州市花都区实验中学物理科陈丽华★新课标要求（一）知识与技能1．知道什么是自感现象。
2．知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量，知道它的单位及其大小的决定因素。
3．知道自感现象的利与弊及对它们的利用和防止。
4．能够通过电磁感应部分知识分析通电、断电自感现象的原因及磁场的能量转化问题。
（二）过程与方法1．通过对两个自感实验的观察和讨论，培养学生的观察能力和分析推理能力。
2．通过自感现象的利弊学习，培养学生客观全面认识问题的能力。
（三）情感、态度与价值观自感是电磁感应现象的特例，使学生初步形成特殊现象中有它的普遍规律，而普遍规律中包含了特殊现象的辩证唯物主义观点。
★教学重点1．自感现象。
2．自感系数。
★教学难点分析自感现象。
★教学方法通过演示实验，引导学生观察现象、分析实验★教学用具：自感现象示教板，CAI课件。
★教学过程（一）引入新课教师：在电磁感应现象中，产生感应电流的条件是什么？学生：只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，回路中就有感应电流产生.教师：引起回路磁通量变化的原因有哪些？学生：磁场的变化；回路面积的变化；电流的变化引起磁场的变化等。
教师：这里有两个问题需要我们去思考：（1）在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，当一个线圈中的电流变化时，在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？（2）当电路自身的电流发生变化时，会不会产生感应电动势呢？本节课我们学习这方面的知识。
（二）进行新课1、自感现象教师：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。
［实验1］演示通电自感现象。
教师：出示示教板，画出电路图（如图所示），A1、A2是规格完全一样的灯泡。
闭合电键S，调节变阻器R，使A1、A2亮度相同，再调节R1，使两灯正常发光，然后断开开关S。
重新闭合S，观察到什么现象？（实验反复几次）学生：跟变阻器串联的灯泡A2立刻正常发光，跟线圈L串联的灯泡A1逐渐亮起来。
教师：为什么A1比A2亮得晚一些？试用所学知识（楞次定律）加以分析说明。
学生：分组讨论（可以提醒学生这时出现了新电源，电源在哪里？电动势方向又如何？）师生共同活动：电路接通时，电流由零开始增加，穿过线圈L的磁通量逐渐增加，L中产生的感应电动势的方向与原来的电流方向相反，阻碍L中电流增加，即推迟了电流达到正常值的时间。
［实验2］演示断电自感。
教师：出示示教板，画出电路图（如图所示）接通电路，待灯泡A正常发光。
然后断开电路，观察到什么现象？学生：S断开时，A灯突然闪亮一下才熄灭。
教师：为什么A灯不立刻熄灭？学生：分组讨论（可以提醒学生这时出现了新电源，电源在哪里？电动势方向又如何？）师生共同活动：当S断开时，L中的电流突然减弱，穿过L的磁通量逐渐减少，L中产生感应电动势，方向与原电流方向相同，阻碍原电流减小。
L相当于一个电源，此时L与A构成闭合回路，故A中还有一段持续电流。
灯A闪亮一下，说明流过A的电流比原电流大。
教师：用多媒体课件在屏幕上打出i—t变化图，如下图所示.（师生共同活动：总结上述两个实验得出结论）导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。
自感现象中产生的电动势叫自感电动势。
教师：自感现象有其有利的一面，也有其有害的一面。
请同学们课下查阅资料，举出自感现象在电工技术和电子技术中有哪些应用，又有哪些需要避免的实例。
2．自感系数教师：自感电动势的大小决定于哪些因素呢？请同学们阅读教材内容。
然后用自己的语言加以概括，并回答有关问题。
学生：阅读教材。
教师：自感电动势的大小决定于哪些因素？说出自感电动势的大小的计算公式。
学生：自感电动势的大小与线圈中电流的变化率t I ∆∆成正比，与线圈的自感系数L 成正比。
写成公式为E =Lt I ∆∆ 教师：电流的变化率是什么？ 学生：与磁通量的变化率t∆∆Φ相似，电流的变化率反映电流变化的快慢，其值等于电流的变化与所用时间的比值。
教师：什么叫自感系数呢？学生：自感系数是用来表示线圈的自感特性的物理量。
教师：线圈的自感系数与哪些因素有关？学生：线圈的自感系数与线圈的大小、形状、圈数、是否带有铁芯等因素有关。
教师：实验表明，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。
教师：自感系数的单位是什么？学生：亨利，符号H ，更小的单位有毫亨（mH ）、微亨（μH ）1H=103 mH 1H=106μH3．磁场的能量教师：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。
学生：分组讨论。
师生共同活动：推断出能量可能存储在磁场中。
教师指出：以上只能是一种推断，电磁场具有能量还需要进一步的实验验证。
教师：教材最后一段说，线圈能够体现电的“惯性”，应该怎样理解？电的“惯性”大小与什么有关？学生：当线圈通电瞬间和断电瞬间，自感电动势都要阻碍线圈中电流的变化，使线圈中的电流不能立即增大到最大值或不能立即减小为零，因此可以借用力学中的术语，说线圈能够体现电的“惯性”。
线圈的自感系数越大，这个现象越明显，可见，电的“惯性”大小决定于线圈的自感系数。
（三）课堂总结、点评教师活动：让学生概括总结本节的内容。
请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。
学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。
点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。
教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。
（四）实例探究☆自感现象的分析与判断【例1】如图所示，电路甲、乙中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，接通S，使电路达到稳定，灯泡D发光。
则（）A．在电路甲中，断开S，D将逐渐变暗B．在电路甲中，断开S，D将先变得更亮，然后渐渐变暗C．在电路乙中，断开S，D将渐渐变暗D．在电路乙中，断开S，D将变得更亮，然后渐渐变暗解析：因R、L阻值很小，在电路甲中，线圈L与灯泡D串联，L中电流很小，断开S时自感电动势较小，自感作用使D与L中的电流值从S接通稳定后开始减小，D将逐渐变暗，而不是立即熄灭。
在电路乙中，L与D、R并联，稳定时L中电流比D中电流大，断开S的瞬间，L中电流从开始的稳定值逐渐减小，所以断开瞬间，通过灯泡D的电流变大，D将变得更亮，然后渐渐变暗。
正确选项为AD 点评：S接通后电路稳定，比较L与D中电流大小，S断开后，因自感作用L、D、R构成回路有电流，判断D变暗还是变亮，关键是看S断开后从L流到D中的电流比D中原来（S 未断开时）的电流是大还是小。
【例2】如图所示，自感线圈的自感系数很大，电阻为零。
电键K原来是合上的，在K 断开后，分析：（1）若R1＞R2，灯泡的亮度怎样变化？（2）若R1＜R2，灯泡的亮度怎样变化？解析：灯泡的亮度由它的实际功率I2R即流过灯泡中的电流来决定。
因而必须从题设条件出发讨论在各种情况下流过灯泡中的电流。
K断开后，原来电源提供给小灯泡的电流立即消失，但L中因自感而产生逐渐减弱的电流流过小灯泡，使小灯泡逐渐变暗到熄灭。
（1）因R1＞R2，即I1＜I2，所以小灯泡在K断开后先突然变到某一较暗状态，再逐渐变暗到最后熄灭。
（2）因R1＜R2，即I1＞I2，小灯泡在K断开后电流从原来的I2突变到I1（方向相反），然后再渐渐变小，最后为零，所以灯泡在K断开后先变得比原来更亮，再逐渐变暗到熄灭。
点评：（1）若是理想线圈，即直流电阻为零。
①L与灯泡串联时，通过灯泡的电流与L中电流始终同步，因而不能突变。
②L与灯泡并联时，通过灯泡的电流与L中的电流在电路接通时不同步，即灯丝中电流突变到最大再渐渐变小到零，而L中电流从零逐渐增大到最大；断开电路时，L因自感而对灯丝供电，使灯丝中的电流从零突变到原来L中的电流值，再渐渐变为零。
（2）当L与灯丝并联且L的电阻不为零时，接通电源时灯丝中电流突变为最大，再慢慢减小，而L中的电流由零开始逐渐增大到稳定；稳定后L和灯丝中都有电流，因而灯不会熄灭。
断开电源时：要讨论R L=R灯、R L＞R灯、R L<R灯时，电流变化情况。
★巩固练习1．下列关于自感现象的说法中，正确的是（）A．自感现象是由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象B．线圈中自感电动势的方向总与引起自感的原电流的方向相反C．线圈中自感电动势的大小与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关D．加铁芯后线圈的自感系数比没有铁芯时要大2．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3．磁通量的单位是_____，磁感强度的单位是_____，自感系数的单位是_____。
4．如图所示，L为一个自感系数大的自感线圈，开关闭合后，小灯能正常发光，那么闭合开关和断开开关的瞬间，能观察到的现象分别是（）A．小灯逐渐变亮，小灯立即熄灭B．小灯立即亮，小灯立即熄灭C．小灯逐渐变亮，小灯比原来更亮一下再慢慢熄灭D．小灯立即亮，小灯比原来更亮一下再慢慢熄灭5．如图所示是一演示实验的电路图。
图中L是一带铁芯的线圈，A是一灯泡。
起初，开关处于闭合状态，电路是接通的。
现将开关断开，则在开关断开的瞬间，通过灯泡A的电流方向是从_____端经灯泡到_____端.这个实验是用来演示_____现象的。
6．如图所示的电路中，灯泡A1、A2的规格完全相同，自感线圈L的电阻可以忽略，下列说法中正确的是（）A．当接通电路时，A2先亮，A1后亮，最后A2比A1亮B．当接通电路时，A1和A2始终一样亮C．当断开电路时，A1和A2都过一会儿熄灭D．当断开电路时，A2立即熄灭，A1过一会儿熄灭7．如图所示电路中，A1、A2是两只相同的电流表，电感线圈L的直流电阻与电阻R阻值相等.下面判断正确的是（）A．开关S接通的瞬间，电流表A1的读数大于A2的读数B．开关S接通的瞬间，电流表A1的读数小于A2的读数C．开关S接通电路稳定后再断开的瞬间，电流表A1的读数大于A2的读数D．开关S接通电路稳定后再断开的瞬间，电流表A1数等于A2的读数8．如图所示，L是电感足够大的线圈，其直流电阻可忽略不计，D1和D2是两个相同的灯泡，若将电键S闭合，等灯泡亮度稳定后，再断开电键S，则（）A．电键S闭合时，灯泡D1、Ｄ2同时亮，然后D1会变暗直到不亮，D2更亮B．电键S闭合时，灯泡D1很亮，D2逐渐变亮，最后一样亮C．电键S断开时，灯泡D2随之熄灭，而D1会亮一下后才熄灭D．电键S断开时，灯泡D1随之熄灭，而D2会更亮后一下才熄灭参考答案：1．ACD 2．D 3．Wb T H 4．A 5．b、a、自感（或断电自感）6．C 7．BD 8．AC ★课余作业1、认真阅读教材。
