2019-2020学年高中物理 第四章 电磁感应 第6节 互感和自感课件 新人教版选修3-2

第四章电磁感应第6节互感和自感学习目标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．填一填、做一做、记一记课前自主导学|基础知识·填一填|一、互感现象1．互感：两个相互靠近的线圈，当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生1，这种现象叫互感．2．应用：利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈，如变压器就是利用2制成的．3．危害：互感现象能发生在任何两个3的电路之间．在电力工程和电子电路中，有时会影响电路的正常工作．感应电动势互感现象相互靠近二、自感现象1．自感：当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的4在它本身激发出感应电动势的现象．2．自感系数(1)自感电动势的大小：E＝5，式中L是比例系数，叫做自感系数，简称自感或电感．(2)决定因素：线圈的大小、形状、6以及是否有铁芯等．(3)单位：亨利，简称亨，符号是H.常用单位还有毫亨(mH)、微亨(μH).1H＝7mH＝8μH.磁场LΔIΔt圈数103106三、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，电源把9输送给磁场，储存在磁场中．(2)线圈中电流减小时：磁场中的10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11的“惯性”．能量能量电流变化|基础小题·做一做|1．正误判断(1)两线圈相距较近时，可以产生互感现象，相距较远时，不产生互感现象．()(2)在实际生活中，有的互感现象是有害的，有的互感现象可以利用．()(3)只有闭合的回路才能产生互感．()(4)线圈的自感系数与电流大小无关，与电流的变化率有关．()(5)线圈自感电动势的大小与自感系数L有关，反过来，L与自感电动势也有关．()(6)线圈中电流最大的瞬间可能没有自感电动势．()××××√√2．下列说法正确的是()A．当线圈中电流不变时，线圈中的自感电动势也不变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：选C由法拉第电磁感应定律可知，当线圈中的电流不变时，不产生自感电动势，选项A错误；当线圈中的电流反向时，相当于电流减小，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相同，选项B错误；当线圈中的电流增大时，自感电动势阻碍电流的增大，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反，所以选项C正确，同理可知选项D错误．3．(多选)如图所示，带铁芯的自感线圈的电阻与电阻R的阻值相同，A1和A2是两个完全相同的电流表，则下列说法中正确的是()A．闭合S瞬间，电流表A1示数小于A2示数B．闭合S瞬间，电流表A1示数等于A2示数C．断开S瞬间，电流表A1示数大于A2示数D．断开S瞬间，电流表A1示数等于A2示数解析：选AD闭合S瞬间，由于自感线圈L的阻碍，使得I1I2，电流表A1示数小于A2示数，A对，B错；断开S瞬间，自感线圈L与R形成闭合回路，因此电流表A1示数等于A2示数，C错，D对．4．线圈对变化电流有阻碍作用，对稳定电流也有阻碍作用，这两种阻碍作用产生的原因有何不同？提示：线圈对稳定电流的阻碍作用是由绕制线圈的导线的电阻产生的．线圈对变化电流的阻碍作用是由线圈的自感现象产生的．|核心知识·记一记|1．当一个线圈中的电流变化时，会在另一个线圈中产生感应电动势，这种现象叫互感，互感的过程是一个能量传递的过程．2．一个线圈中的电流变化时，会在它本身激发出感应电动势，叫自感电动势，自感电动势的作用是阻碍线圈自身电流的变化．3．自感电动势的大小为E＝LΔIΔt，其中L为自感系数，它与线圈大小、形状、圈数，以及是否有铁芯等因素有关．4．当电源断开时，线圈中的电流不会立即消失，说明线圈中储存了磁场能．析要点、研典例、重应用课堂互动探究★要点一对自感现象的理解|要点梳理|1．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，自感电动势的方向与原电流方向相同．(3)自感电动势的作用：阻碍原电流的变化，起到延迟电流变化的作用．2．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．|例题展示|【例1】(多选)线圈通以如图所示的随时间变化的电流，则()A．0～t1时间内线圈中的自感电动势最大B．t1～t2时间内线圈中的自感电动势最大C．t2～t3时间内线圈中的自感电动势最大D．t1～t2时间内线圈中的自感电动势为零[解析]线圈中的自感电动势与通入的电流的变化率成正比，即E∝ΔIΔt.根据图象分析：0～t1时间内的电流变化率小于t2～t3时间内的电流变化率，A错误，C正确；t1～t2时间内的电流变化率为零，自感电动势为零，B错误，D正确．[答案]CD【例2】如图所示，多匝电感线圈的电阻和电池内阻都忽略不计，两个电阻的阻值都是R，开关S原来打开，电流为I0，今合上开关将一电阻短路，于是线圈中有自感电动势产生，此电动势()A．有阻碍电流的作用，最后电流由I0减小到零B．有阻碍电流的作用，最后电流总小于I0C．有阻碍电流增大的作用，因而电流I0保持不变D．有阻碍电流增大的作用，但电流最后还是增大到2I0[解析]S断开时I0＝E2k当S合上时，电路的电阻减小，电路中电流要增大，故L要产生自感电动势，阻碍电路中的电流增大，但阻碍不是阻止；当S闭合电流稳定后，L的自感作用消失，电路的电流为I＝ER＝2I0，D项正确．[答案]D[规律方法]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(增大或减小)．(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：①电流增大时，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；②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．|对点训练|1．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，自感电动势最大解析：选B电感一定时，电流变化越快，即ΔIΔt越大，由E＝LΔIΔt知，自感电动势越大，A错，B对；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，电流的变化率可以为零，自感电动势为零，故D错．2．(多选)如图所示，闭合电路中的螺线管可自由伸缩，螺线管有一定的长度，这时灯泡具有一定的亮度，若将一软铁棒从螺线管左边迅速插入螺线管内，则将看到()A．灯泡变暗B．灯泡变亮C．螺线管缩短D．螺线管伸长解析：选AD当软铁棒插入螺线管中，穿过螺线管的磁通量增加，故产生反向的自感电动势，所以电流减小，灯泡变暗，每匝线圈间同向电流作用力减小，故螺线管伸长．★要点二通电自感和断电自感|要点梳理|1．通电自感和断电自感的比较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逐渐地亮起来阻碍电流的增大断电自感断开开关的瞬间，灯泡A逐渐变暗，直到熄灭阻碍电流的减少2.自感现象中，灯泡亮度变化的问题分析通断电灯泡亮度变化问题，关键要搞清楚电路的连接情况，根据电路特点进行具体分析.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I1突然变大，然后逐渐减小达到稳定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，灯泡逐渐变暗②若I2I1，灯泡闪亮一下后逐渐变暗，两种情况灯泡电流方向均改变|例题展示|【例3】某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁芯的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E，用导线将它们连接成如图所示的电路．检查电路后，闭合开关S，小灯泡发光；再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象．虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他冥思苦想找不出原因．你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是()A．电源的内阻较大B．小灯泡电阻偏大C．线圈电阻偏大D．线圈的自感系数较大[解析]从实物连接图中可以看出，线圈L与小灯泡并联，断开开关S时，小灯泡A中原来的电流立即消失，线圈L与小灯泡组成闭合回路，由于自感，线圈中的电流逐渐变小，使小灯泡中的电流反向且与线圈中电流大小相同，小灯泡未闪亮说明断开S前，流过线圈的电流与小灯泡的电流相同且较小，原因可能是线圈电阻偏大，故选项C正确．[答案]C【例4】(多选)图甲、乙电路中，电阻R和电感线圈L的电阻都很小．接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则()A．在电路甲中，断开S，A将渐渐变暗B．在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗C．在电路乙中，断开S，A将渐渐变暗D．在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗[解析]甲图中，电灯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中的自感电动势要维持原电流不变，所以，开关断开的瞬间，电灯A的电流不变，以后电流渐渐变小．因此，电灯渐渐变暗．乙图中，电灯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的变小，电感线圈相当于一个电源给灯A供电，因此在这一短暂的时间内，反向流过A的电流是从IL开始逐渐变小的，所以电灯要先亮一下，然后渐渐变暗．故选项A、D正确．[答案]AD[方法技巧]通、断电自感现象的判断技巧(1)通电时线圈产生的自感电动势阻碍电流的增加且与电流方向相反，使电流相对缓慢地增加．(2)断电时线圈产生的自感电动势与原电流方向相同，在与线圈串联的回路中，线圈相当于电源，它提供的电流逐渐变小．(3)电流稳定时，若线圈有电阻时就相当于一个定值电阻，若不计线圈的电阻时就相当于一根导线．|对点训练|1．(多选)图中两个电路是研究自感现象的电路，对实验结果的描述正确的是()A．接通开关时，灯A2立即就亮，A1稍晚一会儿亮B．接通开关时，灯A1立即就亮，A2稍晚一会儿亮C．断开开关时，灯A1立即熄灭，A2稍晚一会儿熄灭D．断开开关时，灯A2立即熄灭，A1稍晚一会儿熄灭解析：选AC接通开关时，A2立即就亮，A1与线圈串联，由于自感电动势的作用，电流逐渐变大，所以A1稍晚一会儿亮，A正确；断开开关时，A1立即熄灭，A2由于和线圈构成回路，回路中电流逐渐减小，所以稍晚一会儿熄灭，C正确．2．(多选)如图所示，灯A、B完全相同，带铁芯的线圈L的电阻可忽略，则()A．S闭合的瞬间，A、B同时发光，接着A变暗，B更亮，最后A熄灭B．S闭合瞬间，A不亮，B立即亮C．S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，A闪亮一下再熄灭解析：选ADS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．★要点三自感现象中的图象问题|要点梳理|1．问题类型(1)由给定的自感过程判断或画出正确的图象．(2)由给定的有关图象分析自感的过程，求解相应的物理量．(3)利用给出的图象判断或画出新的图象．2．解题关键弄清初始状态