2020版高中物理 第四章 6 互感和自感课件 新人教版选修3-2

6互感和自感[学习目标]1.了解互感现象及互感现象的应用.知道什么是互感现象和自感现象.2.观察通电自感和断电自感实验现象,了解自感现象,认识自感电动势的作用.能够通过电磁感应的有关规律分析通电自感和断电自感现象.3.了解自感现象中自感电动势的作用,了解自感电动势的表达式E=L,理解自感系数和自感系数的决定因素.4.通过对自感现象的研究,了解磁场的能量.It课前预习掌握新知知识梳理一、互感现象1.定义两个相互靠近的线圈,当一个线圈中的电流时,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.产生的电动势叫做.2.应用互感现象可以把由一个线圈传递到另一个线圈,、收音机里的“”就是利用互感现象制成的.变化互感电动势能量变压器磁性天线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3.危害互感现象能发生在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,有时会影响电路的正常工作.二、自感现象1.定义:当一个线圈中的电流时,它所产生的的磁场在它本身激发出感应电动势的现象.产生的电动势叫做.2.通电自感和断电自感变化变化自感电动势较慢地亮起来阻碍断电自感断开开关的瞬间,灯泡A.电流的减小逐渐变暗阻碍三、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.决定线圈自感系数大小的因素:线圈的、、,以及是否有等.ILt亨利H大小形状圈数铁芯四、磁场的能量1.线圈中的电流从无到有时,磁场从无到有,电源的能量输送给,储存在中.2.线圈中的电流减小时,中的能量释放出来转化为电能.线圈线圈磁场科学思维1.思考判断(1)互感现象只能发生于绕在同一铁芯的两个线圈之间,而不可能产生于相互靠近的电路之间.()×(2)自感现象中,感应电流的方向一定与引起自感的原电流的方向相反.()(3)线圈的自感系数大,其电阻不一定大.()(4)自感系数越大,自感电动势不一定越大.()(5)对于同一线圈,当电流变化较快时,线圈中的自感电动势也较大.()(6)在断开电路时,与线圈并联的灯泡会亮一下后再逐渐熄灭,说明能量不再守恒了.()×√√√×2.思维探究(1)自感电动势的作用是什么?方向如何判断?答案:总是阻碍导体中原电流的变化.当原电流增大时,自感电动势与原电流方向相反;当原电流减小时,自感电动势与原电流方向相同.(2)在演示断电自感时,开关断开后小灯泡并不立即熄灭,小灯泡消耗的电能是从何处获得的?答案:线圈中有电流时,线圈就具有了磁场能,断开开关后,线圈相当于电源,线圈中所储存的磁场能转化为电能,给灯泡提供能量.课堂探究突破要点要点一对互感现象的理解和应用[探究导学](1)如图(甲)所示,在“探究产生感应电流条件”的实验中,改变通过小线圈A中的电流大小,大线圈B中就能产生感应电流.对这个现象是如何解释的?答案:当A线圈中的电流变化时,穿过B线圈的磁通量发生了变化,因此B线圈中会产生感应电流.(2)如图(乙)为互感线圈.互感现象中能量是怎样转化的?答案:互感现象中能量依靠原线圈电流产生的磁场能,磁场能通过铁芯传递到另一线圈,又转化为电能.[要点归纳]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两个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.[例1]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B解析:t1时刻感应电流为零,故两环作用力为零,故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,故B正确,C错误;t4时刻A中电流为零,两环无相互作用,故D错误.(教师备用)例1-1:(多选)如图所示,是一种延时装置的原理图,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,延时将变化BC解析:S1断开时,线圈B中的磁场变弱,线圈B中有感应电流,B中电流的磁场继续吸引D而起到延时的作用,故B正确,A错误;若S2断开,线圈B中不产生感应电流而起不到延时作用,故C正确,D错误.[针对训练1-1]在同一铁芯上绕着两个线圈,单刀双掷开关原来接在1处,现把它从1扳到2,如图所示,试判断在此过程中,在电阻R上的电流方向是()A.先由P→Q,再由Q→PB.先由Q→P,再由P→QC.始终由Q→PD.始终由P→QC解析:开关由1扳到2,线圈A中电流产生的磁场由向右变为向左,先减小后反向增加,由楞次定律可得R中电流由Q→P,故选项C正确.要点二对自感现象的理解和应用[探究导学]如图(甲)演示了通电自感,如图(乙)演示了断电自感.(1)图(甲)中开关S闭合时,灯泡A2立即正常发光,而灯泡A1逐渐达到正常亮度,这是为什么?答案:由于开关S闭合时,流过电感线圈的电流迅速增大,线圈产生自感电动势阻碍原电流的增大,使流过A1灯的电流比流过A2灯的电流增加得慢.(2)图(乙)中先闭合开关使灯泡正常发光,然后断开开关.①开关断开前后,流过灯泡的电流方向是否相同?②为什么灯A不立即熄灭?答案:①不同.S闭合时,灯泡A中电流方向向左,S断开瞬间,灯泡A中电流方向向右.②开关断开时,灯泡A中由电源提供的电流瞬间变为零,而通过线圈的电流减小,线圈中会产生自感电动势,且线圈与灯泡A构成闭合回路,线圈对灯泡A进行供电,所以灯不会立即熄灭.通电自感断电自感电路图[要点归纳]1.对自感现象的分析思路(1)明确通过自感线圈的电流大小的变化情况(是增大还是减小).(2)根据“增反减同”,判断自感电动势的方向.(3)分析阻碍的结果:当电流增强时,由于自感电动势的作用,线圈中的电流逐渐增大,与线圈串联的元件中的电流也逐渐增大;当电流减小时,由于自感电动势的作用,线圈中的电流逐渐减小,与线圈串联的元件中的电流也逐渐减小.2.通电自感和断电自感的对比器材要求L1,L2同规格,R=RL,L较大L很大(有铁芯),RL≪RLA现象在S闭合瞬间,L2灯立即亮起来,L1灯逐渐变亮,最终一样亮在开关S断开瞬间,LA灯突然闪亮一下后再渐渐熄灭(当抽掉铁芯后,重做实验,断开开关S时,会看到LA灯马上熄灭)原因由于开关闭合时,流过电感线圈的电流增大,使线圈产生自感电动势,阻碍电流的增大,使流过L1灯的电流比流过L2灯的电流增加得慢断开开关S时,流过线圈L的电流减小,产生自感电动势,阻碍电流的减小,使电流继续存在一段时间;在S断开后,通过L的电流反向通过LA,且由于RL≪RLA,使得流过LA灯的电流在开关断开瞬间突然增大,从而使LA灯突然亮一下能量转化情况电能转化为磁场能磁场能转化为电能[例2](2018·黑龙江齐齐哈尔期末)如图所示的电路中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R相同.在开关S接通和断开时,灯泡A1和A2亮暗的顺序是()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A1先灭A审题指导题干关键获取信息自感系数相当大,开关S接通瞬间自感线圈L相当于断路,认为R与A2并联后与A1串联开关S断开瞬间自感线圈L相当于电源,认为L与A1形成闭合回路解析: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.选项A正确,B,C,D错误.学霸笔记通、断电自感现象的判断方法(1)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.(2)在电路接通时,自感电动势阻碍原电流的增加,此时自感系数很大的电感线圈相当于断路(3)在电路断开时,自感电动势阻碍原电流的减小,此时电感线圈相当于一个电源.(4)自感电动势总是阻碍线圈中原电流的变化,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.(教师备用)例2-1:(2019·福建泉州检测)如图所示,电感线圈L的自感系数足够大,其直流电阻忽略不计,LA,LB是两个相同的灯泡,且在下列实验中不会烧毁,电阻R2阻值约等于R1的两倍,则()A.闭合开关S时,LA,LB同时达到最亮,且LB更亮一些B.闭合开关S时,LA,LB均慢慢亮起来,且LA更亮一些C.断开开关S时,LA慢慢熄灭,LB马上熄灭D.断开开关S时,LA慢慢熄灭,LB闪亮后才慢慢熄灭D解析:由于灯泡LA、线圈L和电阻R1串联,灯泡LB与电阻R2串联,当S闭合的瞬间,通过线圈的电流突然增大,线圈产生自感电动势,阻碍电流的增加,所以LB比LA先亮,选项A,B错误;由于LA所在的支路电阻阻值偏小,故稳定时电流大,即LA更亮一些;当S断开的瞬间,线圈产生自感电动势,两灯组成的串联电路中,电流从线圈中电流开始减小,即从IA减小,故LA慢慢熄灭,LB闪亮后才慢慢熄灭,选项C错误,D正确.[针对训练2-1](2018·福建师大附中期末)如图所示,P,Q是完全相同的灯泡,线圈L的电阻不计,下列说法中正确的是()A.闭合开关S,Q先亮,P后亮,最后P比Q亮B.闭合开关S,Q先亮,P后亮,最后Q比P亮C.断开开关S,流过Q的电流方向为图中的a到bD.断开开关S,Q先变得更亮然后才逐渐变暗、熄灭C解析:闭合开关瞬间,电流增大,由于电感线圈产生与原电流方向相反的自感电流阻碍原电流的增大,灯泡P逐渐亮起来,Q先亮,最后一样亮,故A,B错误;断开开关时,电流突然减小,线圈产生与原电流方向相同的自感电流阻碍原电流的减小,两灯泡都逐渐熄灭,断开S前,通过P,Q的电流大小相等,故断开S时,Q不会更亮,Q的电流方向为图中的a到b,故C正确,D错误.要点三自感现象中的图象问题[探究导学]如图所示,一个灯泡A与一个线圈L并联,接一电源和开关S.(1)在断开S时,灯泡闪亮一下再熄灭,这个现象的原因是什么?(2)更换其他规格的灯泡,在断开S时,灯泡只会缓慢变暗直至熄灭,这个现象的原因是什么?答案:(1)原因是自感线圈的电阻小于灯泡A的电阻,在电路稳定时,自感线圈的电流大于灯泡A的电流;当断开S时,自感线圈中产生的感应电流比灯泡A的原电流大,则灯泡A闪亮一下再熄灭.(2)当线圈的电阻大于灯泡的电阻时,在电路稳定时,自感线圈的电流小于灯泡A的电流;当断开S时,自感线圈中产生的感应电流比灯泡A的原电流小,灯泡只会延迟一段时间再熄灭.类型变化情况灯泡(线圈)的i-t图象通电自感电流逐渐增大到稳定值I,灯泡逐渐变到稳定亮度断电自感电流方向不变但逐渐减小到零,灯泡逐渐熄灭[要点归纳]1.灯泡与电感线圈串联,电路稳定时电流为I,则自感现象中,灯泡的电流、亮度变化特点如表所示.2.灯泡与电感线圈并联,电路稳定时,灯泡的电流为I1,电感线圈的电流为I2,则自感现象中,电感线圈电流变化特点与灯泡的电流、亮度变化特点如表所示.类型灯泡变化情况线圈的i-t图象灯泡的i-t图象通电自感电流突然变大,后逐渐减小到稳定值I1;灯泡突然变亮,后逐渐变暗到稳定亮度①若I2≤I1,灯泡