2019-2020学年高中物理 第4章 6 互感和自感课件 新人教版选修3-2

第四章电磁感应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．(重点)2.了解自感现象，认识自感电动势对电路中电流的影响．(难点)3．了解自感系数的意义和决定因素．(重点)4.知道磁场具有能量．(难点)自主预习探新知一、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变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生的现象．产生的电动势叫作互感电动势．2．应用：互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈，变压器、收音机的“磁性天线”就是利用制成的．3．危害：互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间．在电力工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路正常工作．感应电动势互感现象二、自感现象和自感系数1．自感现象：当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场在激发出感应电动势的现象．2．自感电动势：由于而产生的感应电动势．它本身自感3．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逐渐地亮起来阻碍电流的断电自感断开开关的瞬间，灯泡闪亮一下后逐渐变暗或灯泡A逐渐变暗，直至熄灭阻碍电流的增加减小4.自感电动势的大小：E＝LΔIΔt，其中L是自感系数，简称或，单位：，符号是H.5．自感系数大小的决定因素：自感系数与线圈的、、，以及是否有等因素有关．自感铁芯圈数形状大小亨利电感三、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电流的“惯性”．磁场变化磁场磁场1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(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．()(5)线圈中电流最大的瞬间可能没有自感电动势．()×√××√2．(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[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．]3．通过一个线圈的电流在均匀增大时，则这个线圈的()A．自感系数也将均匀增大B．自感电动势也将均匀增大C．磁通量保持不变D．自感系数和自感电动势不变D[线圈的磁通量与电流大小有关，电流增大，由法拉第电磁感应定律知，磁通量变化，故C项错误；自感系数由线圈本身决定，与电流大小无关，A项错误；自感电动势E＝LΔIΔt，与自感系数和电流变化率有关，对于给定的线圈，L一定，已知电流均匀增大，说明电流变化率恒定，故自感电动势不变，B项错误，D项正确．]合作探究攻重难对互感现象的理解和应用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．【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[t1时刻感应电流为零，故两环作用力为零，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，B正确，C错误；t4时刻A中电流为零，两环无相互作用，D错误．]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[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，C正确．]对自感现象的理解和应用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．自感现象中，灯泡亮度变化的问题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，灯泡突然变亮然后逐渐变暗，最后亮度不变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、I2，①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗；②若I2＞I1，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，灯A、B同时发光，接着灯A变暗，灯B更亮，最后灯A熄灭B．S闭合瞬间，灯A不亮，灯B立即亮C．S闭合瞬间，灯A、B都不立即亮D．稳定后再断开S的瞬间，灯B立即熄灭，灯A闪亮一下再熄灭AD[S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灯A，所以灯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，灯A逐渐变暗，线圈的电阻可忽略，对灯A起到“短路”作用，因此灯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，灯B会更亮．稳定后S断开瞬间，由于线圈的电流较大，L与灯A组成回路，灯A要闪亮一下再熄灭，灯B立即熄灭．]上例中，若线圈L的电阻为RL且RLRA(RA为灯A的电阻)，稳定后断开S的瞬间，两个灯的亮暗变化情况是怎样的？提示：B灯立即熄灭，A灯(不会闪亮)慢慢熄灭．1断开开关后，灯泡是否瞬间变得更亮，取决于电路稳定时两支路中电流的大小关系，即由两支路中电阻的大小关系决定.2若断开开关后，线圈与灯泡不能组成闭合回路，则灯泡会立即熄灭.3自感线圈直流电阻小与直流电阻不计含义不同，稳定时，前者相当于定值电阻，后者出现短路.2.如图所示，L1和L2是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其电阻与R相同，由于存在自感现象，在开关S接通和断开时，L1、L2先后亮暗的顺序是()A．接通时，L1先达最亮；断开时，L1后暗B．接通时，L2先达最亮；断开时，L2后暗C．接通时，L1先达最亮；断开时，L1先暗D．接通时，L2先达最亮；断开时，L2先暗A[开关闭合时，由于线圈L的自感作用阻碍电流的增大，所以大部分电流从L1中流过，L1先达最亮；开关断开时，线圈中产生的自感电动势阻碍电流减小，自感电流方向与原电流的方向相同，且只能在L与L1的闭合回路中流过，L1中有自感电流，所以L1后暗．故选项A正确．]自感现象中的图象问题【例3】如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，电感L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值．在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t＝t1时刻断开开关S.如选项图所示，表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图象中，正确的是()ABCDB[开关S闭合的瞬间，由于L的阻碍作用，由R与L组成的支路相当于断路，后来由于L的阻碍作用不断减小，相当于外电路并联部分的电阻不断减小，根据闭合电路欧姆定律可知，整个电路中的总电流增大，由U内＝Ir得内电压增大，由UAB＝E－Ir得路端电压UAB减小．电路稳定后，由于R的阻值大于灯泡D的阻值，所以流过L支路的电流小于流过灯泡D的电流．当开关S断开时，由于电感L的自感作用，流过灯泡D的电流立即与L电流相等，与灯泡原来的电流方向相反且逐渐减小，即UAB反向减小，选项B正确．]1L中电流变化时，自感电动势对电流有阻碍作用，随时间延续，其阻碍作用逐渐变小.2UAB有正负之分，根据流过灯泡D的电流方向确定UAB的正负.3．在如图所示的电路中，两个相同的小灯泡A1和A2分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器R.闭合开关S后，调整R，使A1和A2发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均为I.然后，断开开关S.若t′时刻再闭合开关S，则在t′前后的一小段时间内，选项图中正确反映流过A1的电流i1、流过A2的电流i2随时间t变化的图象是()ABCDB[由题中给出的电路可知，电路由L与A1和A2与R两个支路并联，在t′时刻，A1支路的电流因为有L的自感作用，所以i1由0逐渐增大，A2支路为纯电阻电路，i2不存在逐渐增大或减小的过程，故选项B正确．]课堂小结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．当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．课堂小结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.知识脉络当堂达标固双基1．关于线圈的自感系数，下列说法正确的是()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D[自感系数是线圈本身的固有属性，只取决于线圈长短、粗细、匝数、有无铁芯等因素，而与电流变化快慢等外部因素无关．自感电动势的大小与线圈自感系数及电流变化率有关，A、B、C错误，D正确．]2．如图所示，L为自感系数较大的线圈，电路稳定后小灯泡正常发光，当断开开关S的瞬间会有()A．灯A立即熄灭B．灯A慢慢熄灭C．灯A突然闪亮一下再慢慢熄灭D．灯A突然闪亮一下再突然熄灭A[本题中，当开关S断开时，由于通过自感线圈的电流从有变到零，线圈将产生自感电动势，但由于线圈L与灯A在S断开后不能形成闭合回路，故在开关断开后通过灯A的电流为零，灯立即熄灭．A正确．]3．如图所示，线圈L的电阻和电源内阻都很小，可忽略不计，电路中两个电阻的阻值均为R，开始时开关S断开，此时电路中电流为I0.现将开关S闭合，线圈L中有自感电动势产生，下列说法中正确的是()A．由于自感电动势有阻碍电流的作用，电路中电流最终由I0减小到零B．由于自感电动势有阻碍电流的作用，电路中电流最终小于I0C．由于自感电动势有阻碍电流的作用，电路中电流将保持I0不变D．自感电动势有阻碍电流增大的作用，但电路中电流最终还要增大到2I0D[当开关S闭合时，通过线圈的电流增大，在线圈中产生自感电动势，自感电动势阻碍电流的增大，但“阻碍”不是“阻止”，“阻碍”实质上是“延缓”，电路中的电流不会立刻变为2I0，但最终仍会增大到2I0.选项D正确．]4．(多选)如图所示的电路中，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，电阻可忽略的线圈．开关S原来是断开的，从闭合开关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AC[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