2017-2018通用版高中物理第四章电磁感应_互感和自感学案选修_.docx

6互感和自感学习目标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EL，知道自感系数的决定因素.4.了解自感现象中的能量转化一、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感应电动势，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，如变压器就是利用互感现象制成的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的正常工作二、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不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也在它本身激发出感应电动势，这种现象称为自感由于自感而产生的感应电动势叫做自感电动势三、自感电动势与自感系数1自感电动势：EL，其中L是自感系数，简称自感或电感单位：亨利，符号：H.2自感系数与线圈的大小、形状、圈数，以及是否有铁芯等因素有关四、自感现象中磁场的能量1线圈中电流从无到有时：磁场从无到有，电源把能量输送给磁场，储存在磁场中2线圈中电流减小时，磁场中的能量释放出来转化为电能即学即用1判断下列说法的正误(1)两个线圈相距较近时，可以产生互感现象，相距较远时，不产生互感现象()(2)自感现象中，感应电流一定与原电流方向相反()(3)线圈的自感系数与电流大小无关，与电流的变化率有关()(4)线圈中电流最大的瞬间可能没有自感电动势()2如图1所示，电路中电源内阻不能忽略，L的自感系数很大，其直流电阻忽略不计，A、B为两个完全相同的灯泡，当S闭合时，A灯_亮，B灯_亮当S断开时，A灯_熄灭，B灯_熄灭(填“立即”或“慢慢”)图1答案慢慢立即慢慢慢慢一、通电自感现象导学探究如图2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图2答案现象：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知识深化通电自感现象中，当线圈中的电流增大时，自感电动势的方向与原电流的方向相反，阻碍电流的增大，但不能阻止电流的变化例1(多选)在如图3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()图3A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，然后熄灭答案AD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(若直流电阻为0，相当于导线)二、断电自感现象导学探究如图4所示，先闭合开关使灯泡发光，然后断开开关图4(1)开关断开前后，流过灯泡的电流方向相同吗？(2)在断开过程中，有时灯泡闪亮一下再熄灭，有时灯泡只会缓慢变暗直至熄灭，请分析上述两种现象发生的原因是什么？答案(1)S闭合时，灯泡A中的电流方向向左，S断开瞬间，灯泡A中的电流方向向右，所以开关S断开前后，流过灯泡的电流方向相反(2)在开关断开后灯泡又闪亮一下的原因是灯泡断电后自感线圈中产生的感应电流比开关断开前流过灯泡的电流大要想使灯泡闪亮一下再熄灭，就必须使自感线圈的电阻小于与之并联的灯泡电阻而当线圈电阻大于或等于灯泡电阻时，灯泡就会缓慢变暗直至熄灭知识深化1当线圈中的电流减小时，自感电动势的方向与原电流方向相同；2断电自感中，由于自感电动势的作用，线圈中电流从原值逐渐减小若断开开关瞬间通过灯泡的电流大于断开开关前的电流，灯泡会闪亮一下；若断开开关瞬间通过灯泡的电流小于或等于断开开关前的电流，灯泡不会闪亮一下，而是逐渐变暗直至熄灭3自感电动势总是阻碍线圈中电流的变化，但不能阻止线圈中电流的变化例2(多选)如图5甲、乙所示的电路中，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5A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，然后渐渐变暗答案AD解析在电路甲中，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，灯A渐渐变暗在电路乙中，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正确三、自感现象中的图象问题例3如图6所示的电路中，S闭合且稳定后流过电感线圈的电流是2 A，流过灯泡的电流是1 A，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()图6答案D解析开关S断开前，通过灯泡D的电流是稳定的，其值为1 A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2 A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2 A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，D对1断电时，若自感线圈能组成闭合回路，自感线圈处电流由原值逐渐减小，不能发生突变，而且电流方向也不变；若自感线圈不能组成闭合回路，自感线圈处电流立即变为0.2断电前后，无线圈的支路要注意电流方向是否变化.1(互感现象的理解)(多选)关于互感现象，下列说法正确的是()A两个线圈之间必须有导线相连，才能产生互感现象B互感现象可以把能量从一个线圈传到另一个线圈C互感现象都是有益的D变压器是利用互感现象制成的答案BD解析两个线圈之间没有导线相连，也能产生互感现象，选项A错误；互感现象可以把能量从一个线圈传到另一个线圈，选项B正确；互感现象并非都是有益的，有时会影响电路的正常工作，选项C错误；变压器是利用互感现象制成的，选项D正确2(对自感电动势的理解)关于线圈中自感电动势的大小，下列说法中正确的是()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，自感电动势最大答案B解析电感一定时，电流变化越快，越大，由EL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，若电流的变化率为零，自感电动势为零，故D错3(互感现象的理解)(多选)如图7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 ()图7A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，延时将变化答案BC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，能够继续吸引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4(自感现象的分析)(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()图8A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示数答案AD解析开关S闭合瞬间，线圈L中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S断开瞬间，线圈L与A1、A2和R构成回