2019-2020学年高中物理 第四章 电磁感应 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素养提炼1.了解互感现象及其应用．2.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.了解自感电动势的表达式E＝L，知道自感系数的决定因素．4.了解自感现象中的能量转化.物理观念：互感现象、自感现象、自感电动势、自感系数．科学思维：通过电磁感应的规律分析互感和自感的成因，解释其现象，解决实际问题．科学探究：探究互感和自感现象产生的机理.01课前自主梳理02课堂合作探究03随堂演练达标04课后达标检测一、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，这种现象叫．2．互感的应用利用互感现象可以把由一个线圈传递到另一个线圈，如变压器就是利用制成的．感应电动势互感能量互感现象3．互感的危害互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间，互感现象有时会影响电路的工作．[思考]互感现象是否属于电磁感应现象，是否遵守楞次定律和法拉第电磁感应定律？提示：互感现象属于电磁感应现象，所以遵守楞次定律和法拉第电磁感应定律．二、自感现象1．自感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．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L1电流的增加断电自感断开开关的瞬间，灯泡L．有时灯泡L会闪亮一下，然后逐渐变暗电流的减小变化变化较慢地亮起来阻碍逐渐变暗阻碍3.自感系数(1)自感电动势的大小：，其中L是线圈的自感系数，简称自感或电感，单位是，符号为.(2)决定线圈自感系数大小的因素：线圈的、、以及是否有等．[判断辨析](1)自感现象中，感应电流一定和原电流方向相反．()(2)线圈中产生的自感电动势较大时，其自感系数一定较大．()(3)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．()××√亨利H大小形状圈数铁芯E＝LΔIΔt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[思考]无轨电车在行驶的过程中，为什么车顶上的车弓处会产生电火花？提示：由于车身颠簸，可使车弓瞬间离开电网；由于自感现象，电车内部的电动机的线圈会产生一个较大的瞬时自感电动势；由于这个电动势较大，使车弓与电网之间的空气电离，产生放电现象．要点一对自感现象的理解[探究导入]如图所示，先闭合S，调节R2使A1、A2的亮度相同，再调节R1，使A1、A2都正常发光，然后断开S.再次闭合S.观察两只灯泡在电路接通的瞬间发光情况有什么不同？根据楞次定律分析现象产生的原因．提示：现象：灯泡A2立即发光，灯泡A1逐渐亮起来．原因：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，为了阻碍磁通量的增加，感应电流产生的磁通量与原来电流产生的磁通量方向相反，则线圈中感应电动势的方向与原来的电流方向相反，阻碍了L中电流的增加，即推迟了电流达到稳定值的时间．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，自感电动势的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电流的变化，而不是阻止，电流仍在变化，只是使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．[特别提醒](1)自感电动势阻碍自身电流的变化，但不能阻止电流的变化，且自感电动势阻碍自身电流变化的结果，会对其他电路元件的电流产生影响．(2)自感电动势的大小跟自身电流变化的快慢有关，电流变化越快，自感电动势越大．[典例1](多选)在如图所示的甲、乙电路中，电阻R和灯泡电阻的阻值相等，自感线圈L的电阻值可认为是0，在接通开关S时，则()A．在电路甲中，A将渐渐变亮B．在电路甲中，A将先变亮，然后渐渐变暗C．在电路乙中，A将渐渐变亮D．在电路乙中，A将先由亮渐渐变暗，然后熄灭[解析]在电路甲中，当接通开关S时，通过与灯泡相连的自感线圈的电流突然增大，由于线圈的自感现象，开始时，自感线圈产生一个很大的自感电动势来阻碍电流的流入，流入灯泡的电流很小；后来由于电流的不断流入，通过自感线圈的电流变化逐渐变慢，所以自感线圈的阻碍作用逐渐减小；当流过线圈的电流最大时，自感线圈不再有阻碍作用，所以通过灯泡的电流只能慢慢增大，故选项A正确．在电路乙中，当接通开关S时，通过自感线圈的电流突然增大，由于线圈的自感现象，开始时，自感线圈就产生一个很大的自感电动势来阻碍电流的流入，流入线圈的电流很小(可认为是0)，电路中的电流可以认为都是从灯泡通过的，以后自感线圈的阻碍作用逐渐减小，通过自感线圈的电流逐渐增大，而通过灯泡的电流逐渐减小，直到流过线圈的电流最大时，自感线圈不再有阻碍作用，又因为自感线圈L的电阻值可认为是0，所以灯泡被短路，故选项D正确．[答案]AD[总结提升]分析通电自感需抓住的三点(1)通电瞬间自感线圈处相当于断路．(2)电流增大过程中自感线圈对电流有阻碍作用，使线圈中的电流从0逐渐增大到稳定值．(3)电流稳定时自感线圈相当于导体．(若直流电阻为0，相当于导线)1.(多选)如图所示，带铁芯的电感线圈的电阻与电阻器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的示数小于A2的示数B．闭合S瞬间，电流表A1的示数等于A2的示数C．断开S瞬间，电流表A1的示数大于A2的示数D．断开S瞬间，电流表A1的示数等于A2的示数解析：闭合开关时，线圈中产生与电流反向的自感电动势起到阻碍作用，所以电流表A1的示数小于电流表A2的示数，A对，B错；断开开关时，线圈中产生与原电流同向的自感电动势，并与R组成临时回路，电流表A1与电流表A2示数相等，C错，D对．答案：AD2.如图所示，两个电阻均为R，电感线圈L的电阻及电池内阻均可忽略不计，S原来断开，电路中电流I0＝E2R，现将S闭合，于是电路中产生了自感电动势，此自感电动势的作用是()A．使电路的电流减小，最后由I0减小到零B．有阻碍电流增大的作用，最后电流小于I0C．有阻碍电流增大的作用，因而电流总保持不变D．有阻碍电流增大的作用，但电流还是增大，最后变为2I0解析：S闭合，电路中电阻减小，电流增大，线圈产生的自感电动势的作用是阻碍原电流的增大，A错误；阻碍电流增大，不是不让电流增大，而是让电流增大的速度变慢，B、C错误；最后达到稳定时，电路中总电流为I＝ER＝2I0，故D正确．答案：D要点二对通电自感和断电自感的理解[探究导入]如图所示，李辉在断开正在工作的电动机开关时，会产生电火花，这是为什么？提示：电动机中的线圈匝数很多，当电路开关断开时会产生很大的自感电动势，使得开关中的金属片之间产生电火花．通电自感和断电自感的比较通电自感断电自感电路图器材要求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)通电自感断电自感原因开关闭合时，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的电流反向通过灯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灯的发光功率突然变大能量转化情况电能转化为磁场能磁场能转化为电能[特别提醒]电流减小时，自感线圈中电流大小一定小于原先所通电流大小，但自感电动势可能大于原电源电动势．[典例2]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的阻值约等于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[思路点拨](1)分析自感电流的大小时，应注意“L的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计”这一关键语句．(2)电路接通瞬间，自感线圈相当于断路．(3)电路断开瞬间，回路中电流从L中原来的电流开始减小．[解析]由于灯泡LA与线圈L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，A、B项错误；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，两灯组成串联电路，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，C错误，D正确．[答案]D[总结提升]自感问题的求解策略自感现象是电磁感应现象的一种特例，它仍遵循电磁感应定律．分析自感现象除弄清这一点之外，还必须抓住以下三点：(1)自感电动势总是阻碍电路中原电流的变化．当电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反；当电流减小时，自感电动势的方向与原电流方向相同．(2)“阻碍”不是“阻止”．“阻碍”电流变化的实质是使电流不发生“突变”，使其变化过程有所延缓．(3)当电路接通瞬间，自感线圈相当于断路；当电路稳定时，自感线圈相当于电阻，如果线圈没有电阻，相当于导线(短路)；当电路断开瞬间，自感线圈相当于电源．3．如图所示，电阻R的阻值和线圈自感系数L的值都较大，电感线圈的电阻不计，A、B是两只完全相同的灯泡，则下列说法正确的是()A．当开关S闭合时，B比A先亮，然后A熄灭B．当开关S闭合时，B比A先亮，然后B熄灭C．当电路稳定后开关S断开时，A立刻熄灭，B逐渐熄灭D．当电路稳定后开关S断开时，B立刻熄灭，A闪一下后再逐渐熄灭解析：当开关S闭合时，由于电阻R的阻值和线圈自感系数L的值都较大，通过L和R的电流很小，相当于断路，A、B两灯一起亮，稳定后A灯被线圈L短路后熄灭，选项A、B错误；当电路稳定后开关S断开时，B立刻熄灭，因为线圈L中会产生自感电动势，阻碍本身电流的减小，此电流会通过A灯形成回路，所以A闪一下后再逐渐熄灭，选项D正确，C错误．答案：D4.如图所示的电路中，S闭合且稳定后流过电感线圈的电流是2A，流过灯泡的电流是1A，现将S突然断开，S断开前后，能正确反映流过灯泡的电流i随时间t变化关系的图象是()解析：开关S断开前，通过灯泡D的电流是稳定的，其值为1A．开关S断开瞬间，自感线圈的支路由于自感现象会产生与线圈中原电流方向相同的自感电动势，使线圈中的电流从原来的2A逐渐减小，方向不变，且同灯泡D构成回路，通过灯泡D的电流和线圈L中的电流相同，也应该是从2A逐渐减小到零，但是方向与原来通过灯泡D的电流方向相反，故选D.答案：D互感现象在日常生活中的应用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．在日常生活中常利用互感现象控制电路，家庭用的“漏电保护器”和“延时开关”都是利用互感原理工作的．4．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影响．5.(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