2017-2018学年高二物理新人教版选修3-2课件：4.6 互感和自感

1．了解互感现象及互感现象的应用。2．了解自感现象，认识自感电动势对电路中电流的影响。3．了解自感系数的意义和决定因素。4．知道磁场具有能量。两个相互靠近的线圈，当一个线圈中的电流时，它所产生的的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势的现象。［读教材·填要点］1．互感现象变化变压器“磁性天线”变化互感电动势：互感现象中产生的电动势。危害：影响电力工程和电子电路中用电器的正常工作。应用：传递能量，例如，收音机的。→→→2．自感现象(1)定义：一个线圈中的变化时，它所产生的变化的在它本身激发出感应电动势的现象。(2)自感电动势：由于自感而产生的感应电动势。电流磁场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电流的增加断电自感断开开关的瞬间，灯泡A电流的减小(3)通电自感和断电自感：较慢地亮起来阻碍逐渐变暗阻碍[关键一点]互感现象和自感现象都属于电磁感应现象，都遵守楞次定律和法拉第电磁感应定律。3．自感系数(1)自感电动势的大小：E＝，其中L是自感系数，简称自感或电感，单位：，符号。(2)自感系数大小的决定因素：自感系数与线圈的、形状、，以及是否有等因素有关。亨利H大小圈数铁芯LΔIΔt4．磁场的能量(1)自感现象中的磁场能量：①线圈中电流从无到有时：磁场从无到有，电源的能量输送给，储存在中。②线圈中电流减小时：中的能量释放出来转化为电能。(2)电的“惯性”：自感电动势有阻碍线圈中的“惯性”。磁场磁场磁场电流变化［试身手·夯基础］1．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原电流的方向相反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解析：由法拉第电磁感应定律可知，当线圈中电流不变时，不产生自感电动势，选项A正确；当线圈中电流反向时，相当于电流减小，由楞次定律可知，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相同，B错误；当线圈中的电流增大时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反，选项C正确；当线圈中的电流减小时，自感电动势阻碍电流的减小，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相同，选项D错误。答案：AC2．关于线圈自感系数的说法，错误的是()A．自感电动势越大，自感系数也越大B．把线圈中的铁芯抽出一些，自感系数减小C．把线圈匝数增加一些，自感系数变大D．线圈中的电流等于零时，自感系数也等于零解析：自感系数是由线圈本身的特性决定的，线圈越长，单位长度上的匝数越多，截面积越大，它的自感系数就越大；另外，有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时要大得多，自感系数与电流的大小无关。答案：AD3.在制作精密电阻时，为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象，采用双线并绕的方法，如图4－6－1所示。其道理是()图4－6－1A．当电路中的电流变化时，两股导线产生的自感电动势相互抵消B．当电路中的电流变化时，两股导线产生的感应电流相互抵消C．当电路中的电流变化时，两股导线中原电流的磁通量相互抵消D．以上说法都不对解析：由于采用双线并绕的方法，当电流通过时，两股导线中的电流方向是相反的，不管电流怎样变化，任何时刻两股电流总是等大反向的，所产生的磁通量也是等大反向的，故总磁通量等于零，在该线圈中不会产生电磁感应现象，因此消除了自感，选项A、B错误，只有C正确。答案：C4.如图4－6－2所示，电阻R和电感L的值很大，而电感线圈L的直流电阻较小，电源内阻不计，A、B是完全相同的两只灯泡，当开关S闭合时，看到的现象是A灯________，而B灯________，当开关S断开时，A灯将________，而B灯________。图4－6－2解析：由于电源内阻不计，故S闭合后，B灯立即亮起来，且亮度不变，A灯因L的自感作用，逐渐亮起来；当S断开时，因L的自感作用，A灯的电流逐渐变小，故A灯逐渐变暗至熄灭，由于L的阻值较小，故稳定时IAIB，当S断开瞬间流过B灯的电流比原来大，故B灯将闪亮一下再逐渐熄灭。答案：逐渐变亮立即亮起来逐渐熄灭闪亮一下再逐渐熄灭1．对互感现象的理解(1)互感现象是一种常见的电磁感应现象，它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相互靠近的电路之间。(2)互感现象可以把能量由一个电路传到另一个电路。变压器就是利用互感现象制成的。(3)在电力工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，这时要求设法减小电路间的互感。2．对自感现象的理解(1)对自感现象的理解：自感现象是一种电磁感应现象，遵守法拉第电磁感应定律和楞次定律。(2)对自感电动势的理解：①产生原因：通过线圈的电流发生变化，导致穿过线圈的磁通量发生变化，因而在原线圈上产生感应电动势。②自感电动势的方向：当原电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反；当原电流减小时，自感电动势方向与原电流方向相同(即：增反减同)。③自感电动势的作用：阻碍原电流的变化，而不是阻止，原电流仍在变化，只是使原电流的变化时间变长，即总是起着推迟电流变化的作用。(3)对电感线圈阻碍作用的理解：①若电路中的电流正在改变，电感线圈会产生自感电动势阻碍电路中电流的变化，使得通过电感线圈的电流不能突变。②若电路中的电流是稳定的，电感线圈相当于一段导线，其阻碍作用是由绕制线圈的导线的电阻引起的。1.如图4－6－3所示的电路中，电源电动势为E，内阻r不能忽略。R1和R2是两个定值电阻，L是一个自感系数较大的线圈。开关S原来是断开的，从图4－6－3闭合开关S到电路中电流达到稳定为止的时间内，通过R1的电流I1和通过R2的电流I2的变化情况是()A．I1开始较大而后逐渐变小B．I1开始很小而后逐渐变大C．I2开始很小而后逐渐变大D．I2开始较大而后逐渐变小[思路点拨]解答本题时应注意以下两点：(1)当L中的电流变化时，L中产生自感电动势阻碍其变化。(2)L相当于一个电阻，且随着时间的延续，其阻值在逐渐减小。[解析]闭合开关S时，由于L是一个自感系数较大的线圈，产生反向的自感电动势阻碍电流的变化，所以开始I2很小，随着电流达到稳定，自感作用减小，I2开始逐渐变大。闭合开关S时，由于线圈阻碍作用很大，路端电压较大，随着自感作用减小，路端电压减小，所以R1上的电压逐渐减小，电流逐渐减小，故A、C正确。[答案]AC在线圈中产生的自感电动势阻碍电流的变化，但“阻碍”不是“阻止”，“阻碍”实质上是“延缓”。1．对通电自感和断电自感问题的三点理解(1)通电时线圈产生的自感电动势阻碍电流的增加且与原电流方向相反。(2)断电时线圈产生的自感电动势与原来线圈中的电流方向相同，且在与线圈串联的回路中，线圈相当于电源，它提供的电流大小从原来的IL逐渐变小。(3)自感电动势只是延缓了电流的变化，但它不能阻止原电流的变化，更不能使原电流反向。2．自感现象的分析思路(1)明确通过自感线圈的电流的变化情况(增大还是减小)。(2)根据楞次定律，判断自感电动势方向。(3)分析线圈中电流变化情况，电流增强时(如通电时)，由于自感电动势方向与原电流方向相反，阻碍电流增加，因此电流逐渐增大；电流减小时(如断电时)，线圈中电流逐渐减小。(4)明确电路中元件与自感线圈的连接方式，若元件与自感线圈串联，元件中的电流与线圈中电流有相同的变化规律；若元件与自感线圈并联，元件上的电压与线圈上的电压有相同的变化规律；若元件与自感线圈构成临时回路，元件成为自感线圈的临时外电路，元件中的电流大小与线圈中电流大小有相同的变化规律。3．通、断电时灯泡亮暗变化情况与线圈串联的灯泡与线圈并联的灯泡电路图通电时电流逐渐增大，灯泡逐渐变亮电流突然变大，然后逐渐减小达到稳定与线圈串联的灯泡与线圈并联的灯泡断电时电流逐渐减小灯泡逐渐变暗电流方向不变电路中稳态电流为I1、I2①若I2≤I1，逐渐变暗②若I2I1，灯泡闪亮后逐渐变暗两种情况灯泡中电流方向均改变2．如图4－6－4所示，自感线圈L的电阻很小，接通S使电路达到稳定，灯泡A发光，下列说法正确的是()图4－6－4A．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[审题指导](1)判断S闭合时，A、L中电流的方向及大小。(2)明确S断开时，由于自感电动势，L中电流变化情况。(3)由L中电流变化情况，根据A、L的连接关系，确定灯泡中电流的变化情况。[解析]题图(a)中，灯泡A与电感线圈L在同一个支路中，流过的电流相同，断开开关S时，线圈L中产生的自感电动势使得支路中的电流瞬间不变，以后渐渐变小，A正确，B错误。题图(b)中，灯泡A所在支路的电流比电感线圈所在支路的电流要小(因为电感线圈的电阻很小)，断开开关S时，电感线圈的自感电动势要阻碍电流变小，此瞬间电感线圈中的电流不变，电感线圈相当于一个电源给灯A供电，因此反向流过A的电流瞬间要变大，然后逐渐变小，所以灯泡要先更亮一下，然后渐渐变暗，C错误，D正确。[答案]AD断开S时，什么时候“逐渐变暗”，什么时候“先变得更亮，然后逐渐变暗”，其判断依据是断开前后流过灯泡的电流大小的变化。1．构造日光灯的电路如图4－6－5所示，由日光灯管、镇流器、开关等组成。图4－6－52．启动前管内气体未导通，启动器动触片与静触片处于分离状态。3．日光灯的启动图4－6－6当开关闭合时，电源把电压加在启动器的两电极之间，使氖气放电而发出辉光，辉光产生的热量使U形动触片膨胀伸长与静触片接触，从而接通电路，于是镇流器的线圈和灯管的灯丝中就有电流通过；电路接通后，启动器中的氖气停止放电，U形动触片冷却收缩，两个触片分离，电路自动断开，流过镇流器的电流迅速减小，镇流器线圈中会产生很高的自感电动势，方向与原来电压方向相同，与电源电压一起形成瞬时高压加在灯管两端，使灯管中的气体开始放电，于是日光灯管成为电流的通路开始发光。启动器相当于一个自动开关。日光灯正常工作后处于断开状态，启动器损坏的情况下可将连接启动器的两个线头作一个短暂接触也可把日光灯启动。启动时电流流经途径是镇流器、启动器、灯丝，启动后电流流经途径是镇流器、灯丝、日光灯管。4．日光灯正常工作时镇流器的作用由于日光灯使用的是交流电源，电流的大小和方向做周期性变化。当交流电的大小增大时，镇流器上的自感电动势阻碍原电流增大，自感电动势与原电压反向；当交流电的大小减小时，镇流器上的自感电动势阻碍原电流减小，自感电动势与原电压同向。可见镇流器的自感电动势总是阻碍电流的变化，正常工作时镇流器就起着降压、限流的作用。3．如图4－6－7示是日光灯的结构示意图，若按图示的电路连接，关于日光灯发光的情况，下列叙述中正确的是()图4－6－7A．S1接通，S2、S3断开，日光灯就能正常发光B．S1、S2接通，S3断开，日光灯就能正常发光C．S3断开，接通S1、S2后，再断开S2，日光灯就能正常发光D．当日光灯正常发光后，再接通S3，日光灯仍能正常发光[思路点拨]解答本题应注意以下两点：(1)S2的作用相当于启动器。(2)镇流器在日光灯点燃瞬间和正常发光后均起一定的作用。[解析]当S1接通，S2、S3断开时，电源电压220V直接加在灯管两端，达不到灯管启动的高压值，日光灯不能发光，选项A错误。当S1、S2接通，S3断开时，灯管两端被短路，电压为零，日光灯不能发光，选项B错误。当日光灯正常发光后，再接通S3，则镇流器被短路，灯管两端电压过高，会损坏灯管，选项D错误。只有当S1、S2接通，灯丝被预热，发出电子，再断开S2，镇流器中产生很大的自感电动势，和原电压一起加在灯管两端，使气体电离，日光灯正常发光，选项C正确。[答案]C日光灯的工作原理是自感现象的具体实际应用，从能否完成自感的角度理解它的工作原理，启动器仅起到通断电路的开关作用，它是帮助镇流器产生自感作用从而达到使灯管发光的目的的，把它的工作原理与各器件的作用结合起来，就能顺利的解决这类