（新课标）2020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

第四章电磁感应第六节互感和自感•素养目标定位※了解互感现象及互感现象的应用※了解自感现象，认识自感电动势的作用※知道自感系数的意义和决定因素。会分析自感现象中电流的变化•素养思维脉络课前预习反馈•1．互感•互不相连的并相互靠近的两个线圈，当一个线圈的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生______________，这种现象叫做互感。(如图所示)知识点1互感现象感应电动势•2．互感电动势•互感现象中的电动势叫______________。•3．互感的应用和危害•(1)互感现象可以把能量由一个电路传递到另____________。变压器就是利用互感现象制成的。•(2)在电力工程和电子电路中，____________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。互感电动势一个电路互感现象•1．概念•由于导体______________发生变化而产生的电磁感应现象，叫做自感现象。•2．自感电动势•由于________而产生的感应电动势。知识点2自感现象本身的电流自感•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时，灯泡A1逐渐地__________阻碍电流的________断电自感断开开关的瞬间，灯泡A逐渐________，直到熄灭阻碍电流的________亮起来增加变暗减小•1．概念•自感电动势与导体中电流的变化率成正比，比例恒量即为____________，简称自感或电感。•2．决定因素•自感系数L与线圈的形状、长短、________及____________有关。线圈的横截面积越大，线圈越长，匝数越密，其自感系数L就________。如果线圈内有铁芯，则自感系数L会比没有铁芯时__________。知识点3自感系数自感系数匝数有无铁芯越大大的多•3．单位•亨利(符号H)1H＝______mH＝______μH。•4．物理意义•表征线圈产生自感电动势____________的物理量。数值上等于通过线圈的电流在1秒内改变1安时产生的自感电动势的大小。103106本领大小•1．自感现象中的磁场能量•(1)线圈中电流从无到有，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”。知识点4磁场的能量磁场磁场磁场电流变化•『判一判』•(1)当线圈中电流不变时，线圈中没有自感电动势。()•(2)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。()•(3)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方向相反。()•(4)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方向相反。()•(5)互感现象是电磁感应的应用。()•(6)线圈的自感系数的大小与线圈中通入电流的大小有关。()思考辨析√×√×√ו『选一选』•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C•解析：在断电自感中，小灯泡是否闪亮取决于流过线圈L的电流要大于流过灯泡的电流，本实验未出现小灯泡闪亮的原因，最有可能是线圈电阻偏大，C正确。•『想一想』•如图所示，让几位同学“串联”在电路中，L是自感系数较大的多匝线圈，电源只需1节干电池即可。•闭合开关S前，学生的体验——“无感觉”；•闭合开关S后，学生的体验——“无感觉”；断开开关S瞬间，同学突然受到电击——“迅速收回双手”。这是为什么呢？解析：断开开关S，线圈中电流迅速变小，线圈中产生很大的自感电动势以阻碍电路中原电流的减小，所以人会受到电击。课内互动探究探究一对自感现象的理解•如图所示，日光灯正常工作时，镇流器在电路中起什么作用？•提示：起限流作用和产生瞬时高压的作用。1•1．自感现象•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。4．自感电动势的大小根据已知条件不同，自感电动势的大小可以有以下两种算法：由E＝nΔΦΔt计算，其中n为线圈的匝数，ΔΦΔt为线圈中磁通量的变化率。由E＝LΔIΔt计算，其中L为线圈的自感系数，ΔIΔt为线圈中电流的变化率。•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I0•C．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例1D•解题指导：解决该题需考虑以下两个问题。•(1)线圈中产生的电动势能阻止电流的增大吗？•(2)电路稳定时，还有自感电动势吗？如何计算电路中的电流？解析：当S合上时，电路的电阻减小，电路中电流增大，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。•〔对点训练1〕(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：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。AD探究二通电自感和断电自感•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。2两种电路的自感比较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，灯泡闪亮后逐渐变暗。两种情况灯泡电流方向均改变•特别提醒：(1)分清两种演示电路，演示通电自感时，线圈和灯泡串联，演示断电自感时，线圈和灯泡并联。•(2)分清两种自感现象，一是灯泡缓慢变亮，二是灯泡闪亮一下再逐渐熄灭。要弄清缓慢变亮和闪亮一下的原因。例2(2019·北京师大附中高二下学期期中)如右图(a)、(b)中，电阻R和自感线圈L的电阻值相等，接通S，使电路达到稳定状态，灯泡D发光，则()A．在电路(a)中，断开S，D将渐渐变暗B．在电路(a)中，断开S，D将先变得更亮，然后渐渐变暗C．在电路(b)中，断开S，D将渐渐变暗D．在电路(b)中，断开S，D将先变得更亮，然后渐渐变暗•解题指导：深入理解自感现象的产生机理，是处理问题的基础。AD•解析：在电路(a)中自感线圈L与灯泡D串联，D与L电流相等，断开S时产生自感电动势将使D与L中的电流值从稳定状态逐渐减小，D将渐渐变暗，而不是立即熄灭。在电路(b)中，L与D并联，稳定时L中电流比D中电流大，断开S的瞬间，L中电流从稳定值逐渐减小，故S断开瞬间，通过灯泡D的电流变大，D将先变得更亮，然后渐渐变暗，故选项AD正确。•〔对点训练2〕(2019·山东师大附中学分认定)如图所示，灯泡A、B与固定电阻的阻值均为R，L是自感系数很大的线圈。当S1闭合，S2断开且电路稳定时，A、B亮度相同，再闭合S2，待电路稳定后将S1断开，下列说法中正确的是•()•A．B灯立即熄灭•B．A灯将比原来更亮一下后再熄灭•C．有电流通过B灯，方向为c→d•D．有电流通过A灯，方向为a→bA•解析：S1闭合、S2断开且电路稳定时两灯亮度相同，说明L的直流电阻亦为R，闭合S2后，L与A灯并联，R与B灯并联，它们的电流均相等。当S1断开后，L将阻碍自身电流的减小，即该电流还会维持一段时间，在这段时间里，因S2闭合，电流不可能经过B灯和R，只能通过A灯形成b→A→a→L→c→b的电流，所以A正确C、D错误；由于自感形成的电流是在L原来电流的基础上逐渐减小的，并没有超过A灯原来电流，故A灯虽推迟一会熄灭，但不会比原来更亮，故B错误。核心素养提升•1．互感问题•(1)互感现象是一种常见的电磁感应现象，它不仅发生在绕在同一铁芯上的两个线圈之间，还可以发生在任何两个相互靠近的电路之间。•(2)利用互感现象可以把能量由一个电路传递到另一个电路。下一章将要学习的变压器就是利用互感现象制成的。•(3)在电路工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，这时要设法减小电路间的互感。•(4)处理方法：可利用楞次定律、右手定则及左手定则分析某个线圈中感应电流的方向及受力方向，还可从能量角度分析。互感与自感的应用策略•2．自感现象的“三种状态”“一个特点”•(1)三种状态•①线圈通电瞬间可把自感线圈看成断路。•②断电时自感线圈相当于电源。•③电流稳定后，自感线圈相当于导体电阻，理想线圈的电阻为0，相当于短路。•(2)一个特点•在发生自感现象时，线圈中电流不发生“突变”。•(2019·河北省阜城中学高二第一学期期末)置于匀强磁场中的金属圆盘中央和边缘各引出一根导线，与套在铁芯上部的线圈A相连。套在铁芯下部的线圈B引出两根导线接在两根水平导轨上，如图所示。导轨上有一根金属棒ab处在垂直于纸面向外的匀强磁场中。下列说法正确的是()•A．圆盘顺时针加速转动时，ab棒将向右运动•B．圆盘顺时针匀速转动时，ab棒将向右运动•C．圆盘顺时针减速转动时，ab棒将向右运动•D．圆盘逆时针加速转动时，ab棒将向左运动C案例•解析：由右手定则可知，圆盘顺时针加速转动时，感应电流从圆心流向边缘，线圈A中产生的磁场方向向下且磁场增强。由楞次定律可知，线圈B中的感应磁场方向向上，由右手螺旋定则可知，ab棒中感应电流方向由a→b。由左手定则可知，ab棒受的安培力方向向左，ab棒将向左运动。同理，若圆盘逆时针加速转动时，ab棒将向右运动；故A、D错误；当圆盘顺时针匀速转动时，线圈A中产生恒定的电流，那么线圈B的磁通量不变，则ab棒没有感应电流，则将不会运动，故B错误；若圆盘顺时针减速转动时，线圈A中产生的磁场方向向下且磁场减弱。由楞次定律可知，线圈B中的感应磁场方向向下，由右手螺旋定则可知，ab棒中感应电流方向由b→a，由左手定则可知，ab棒受的安培力方向向右，ab棒将向右运动，故C正确；故选C。