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,第四章 电磁感应,1.知道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，了解自感现象中自感电动势的作用. 3.理解自感系数和自感系数的决定因素.,目标定位,二、自感现象,三、自感系数 磁场的能量,栏目索引,一、互感现象,对点检测 自查自纠,一、互感现象,知识梳理,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 ，这种现象叫互感. 2.作用：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、收音机的磁性天线. 3.危害：互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间，电力工程和电子电路中，有时会影响电路正常工作.,能量,感应电动势,答案,【深度思考】,互感现象的实质是什么？,答案 互感现象的实质是电磁感应现象.,答案,典例精析,例1 如图1所示是一种延时开关的原理图，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，延时将变长,返回,解析答案,总结提升,图1,总结提升,解析 线圈A中的磁场随开关S1的闭合而产生，随S1的断开而消失.当S1闭合时，线圈A中的磁场穿过线圈B，当S2闭合，S1断开时，线圈A在线圈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，所以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，所以C正确，D错误. 答案 BC,返回,总结提升,互感现象是一种常见的电磁感应现象，它不仅发生在绕同一铁芯上的两个线圈之间，而且还可以发生在任何相互靠近的电路之间.,二、自感现象,答案,知识梳理,1.定义：当一个线圈中的电流发生变化时，它产生的 不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也在它 激发出感应电动势的现象叫自感. 2.自感电动势对电流的作用：电流增加时，自感电动势阻碍 ；电流减小时，自感电动势 . 实验1：演示通电自感现象 实验电路如图2所示，开关S接通时，可以看到灯泡2 ，而灯泡1是 .,图2,逐渐亮起来的,变化的磁场,本身,电流的增加,阻碍电流的减小,立即发光,实验2：演示断电自感现象. 图3 实验电路如图3所示，线圈L的电阻比灯泡的电阻小，接通电路，灯泡正常发光后，迅速断开开关S，可以看到灯泡 .,答案,闪亮一下再逐渐熄灭,答案,【深度思考】,在断电自感现象中，电流减小时，自感线圈中的电流大小一定小于原先所通过电流的大小，为什么灯泡有时闪亮一下再熄灭？,答案 断电自感时，自感线圈中的电流大小一定小于原先所通过电流的大小，但是可能会大于灯泡中的电流，所以灯泡会闪亮.,典例精析,例2 在如图4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,解析答案,图4,总结提升,总结提升,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，自感线圈就没有阻碍作用，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，自感线圈就没有阻碍作用，又因为自感线圈L的电阻值可认为是0，所以通过灯泡的电流可认为是0，故选项D正确. 答案 AD,总结提升,分析通电自感需抓住三点：(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.,例3 如图5(a)、(b)所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，且小于灯泡A的电阻，闭合开关S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则( ) 图5 A.在电路(a)中，断开S，A将渐渐变暗 B.在电路(a)中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗 C.在电路(b)中，断开S，A将渐渐变暗 D.在电路(b)中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗,解析答案,解析 在电路(a)中，灯A和线圈L串联，它们的电流相同，断开S时，线圈上产生自感电动势，阻碍原电流的减小，流过灯A的电流逐渐减小，从而灯A只能渐渐变暗.在电路(b)中，电阻R和灯A串联，灯A的电阻大于线圈L的电阻，电流则小于线圈L中的电流，断开S时，电源不再给灯泡供电，而线圈产生自感电动势阻碍电流的减小，通过R、A形成回路，灯A中电流突然变大，灯A将先变得更亮，然后渐渐变暗，故A、D正确. 答案 AD,返回,解析答案,针对训练 如图6所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，线圈L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的 阻值，在t0时刻闭合开关S，经过一 段时间后，在tt1时刻断开S，下列表 示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图 象中，正确的是( ),总结提升,图6,解析 在t0时刻闭合开关S，由于线圈L产生自感电动势，阻碍电流通过，电源输出电流较小，路端电压较高，经过一段时间电路稳定，电源输出电流较大，路端电压较低.在tt1时刻断开S，线圈L产生自感电动势，与灯泡构成闭合回路，灯泡D中有反向电流通过，所以表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图象中正确的是B. 答案 B,总结提升,返回,总结提升,(1)断电时，自感线圈处相当于电源，其电流逐渐减小，不会发生突变. (2)断电时，灯泡会不会闪亮一下再熄灭取决于通过灯泡前后电流大小的关系.若断电前自感线圈电流IL大于灯泡的电流ID则灯泡会闪亮一下再熄灭；若断电前自感线圈中的电流IL小于或等于灯泡中的电流ID则不会出现闪亮，而是逐渐熄灭. (3)要注意断电前后通过灯泡的电流方向是否变化.,三、自感系数 磁场的能量,知识梳理,1.自感系数 (1)自感电动势的大小：EL ，其中L是自感系数，简称自感或电感，单位： ，符号： .1 mH ，1 H . (2)自感系数的决定因素：与线圈的大小、形状、 ，以及是否有 等因素有关. 2.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.,答案,亨利,103 H,106 H,圈数,铁芯,磁场,磁场,磁场,H,返回,解析答案,总结提升,典例精析,例4 关于线圈的自感系数，下面说法正确的是( ) A.线圈的自感系数越大，自感电动势就一定越大 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,解析 线圈的自感系数是由线圈本身的因素及有无铁芯决定的，与有无电流、电流变化情况都没有关系，故B、C错误，D正确； 自感电动势的大小除了与自感系数有关，还与电流的变化率有关，故A错误.,D,总结提升,返回,对自感系数的理解： (1)自感系数的大小由线圈本身的特性及有无铁芯决定，线圈越长，单位长度的匝数越多，自感系数越大. (2)自感系数与E、I、t等均无关.,对点检测 自查自纠,1.(对互感现象的理解)如图7(a)，线圈ab、cd绕在同一软铁芯上.在ab线圈中通以变化的电流，用示波器测得线圈cd间电压如图(b)所示.已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比，则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中，可能正确的是( ) 图7,1,2,3,4,1,2,3,4,解析答案,1,2,3,4,解析 由题图(b)可知在cd间不同时间段内产生的电压是恒定的，所以在该时间段内线圈ab中的磁场是均匀变化的，则线圈ab中的电流是均匀变化的，故选项A、B、D错误，选项C正确. 答案 C,1,2,3,4,解析答案,2.(对通、断电自感的理解)(多选)如图8所示，带铁芯的电感线圈的电阻与电阻器R的阻值相同，A1、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,图8,1,2,3,4,解析 开关S闭合瞬间，线圈L产生自感电动势阻碍电流增大，所以此时电流表A1中的电流小于电流表A2中的电流，A项正确； 开关断开瞬间，线圈L与A1、A2和R构成回路，线圈L中产生自感电动势，阻碍电流减小，所以A1、A2中电流也逐渐减小，但始终相等，D项正确. 答案 AD,1,2,3,4,3.(对通、断电自感的理解)如图9所示的电路中A1和A2是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数很大的线圈，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.闭合时A1先达最亮，断开时A1后灭 B.闭合时A2先达最亮，断开时A1后灭 C.闭合时A1先达最亮，断开时A1先灭 D.闭合时A2先达最亮，断开时A2先灭,图9,解析答案,1,2,3,4,解析 当开关S闭合时，A1和A2同时亮，但由于自感现象的存在，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逐渐增大，所以开始时电流几乎全部从A1通过，而该电流又将同时分两路通过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. 答案 A,1