2019_2020版高中物理第四章电磁感应6互感和自感教案新人教版.docx

6互感和自感学科素养与目标要求物理观念：1.了解互感和自感现象.2.了解自感电动势的表达式EL，知道自感系数的决定因素.3.了解自感现象中的能量转化.科学探究：通过观察通电自感和断电自感时灯泡亮度的变化，认识自感现象.科学思维：体会互感和自感现象产生的机理，能运用电磁感应规律分析解释.一、互感现象1.互感和互感电动势：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，这种感应电动势叫做互感电动势.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，其中是电流的变化率；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.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_变亮，B灯_变亮.当S断开时，A灯_熄灭，B灯_熄灭.(选填“立即”或“缓慢”)图1答案缓慢立即缓慢缓慢一、互感现象1.当一个线圈中的电流变化时，它产生的磁场就发生变化，变化的磁场在周围空间产生感生电场，在感生电场的作用下，另一个线圈中的自由电荷定向运动，于是产生感应电动势.2.一个线圈中电流变化越快(电流的变化率越大)，另一个线圈中产生的感应电动势越大.例1(多选)(2018惠州市第一次调研)目前无线电力传输已经比较成熟，如图2所示为一种非接触式电源供应系统.这种系统基于电磁感应原理可无线传输电力，两个感应线圈可以放置在左右相邻或上下相对的位置，原理示意图如图所示.利用这一原理，可以实现对手机进行无线充电.下列说法正确的是()图2A.若A线圈中输入电流，B线圈中就会产生感应电动势B.只有A线圈中输入变化的电流，B线圈中才会产生感应电动势C.A中电流越大，B中感应电动势越大D.A中电流变化越快，B中感应电动势越大答案BD解析根据感应电流产生的条件，若A线圈中输入恒定的电流，则A产生恒定的磁场，B中的磁通量不发生变化，B线圈中不会产生感应电动势，故A错误；若A线圈中输入变化的电流，根据法拉第电磁感应定律En可得，B线圈中会产生感应电动势，故B正确；A线圈中电流变化越快，A线圈中电流产生的磁场变化越快，B线圈中感应电动势越大，故C错误，D正确.二、通电自感现象1.认识通电时的自感现象如图3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.图3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.2.对通电自感的理解(1)通电瞬间自感线圈处相当于断路.(2)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，使电流从零逐渐增大到稳定值，但不能阻止电流的增大.(3)电流稳定时自感线圈相当于导体(若直流电阻为零，相当于导线).例2如图4所示，电路中电源的内阻不能忽略，电阻R的阻值和线圈L的自感系数都很大，A、B为两个完全相同的灯泡，当S闭合时，下列说法正确的是(线圈L的直流电阻较小)()图4A.A比B先亮，然后A灭B.B比A先亮，然后B逐渐变暗C.A、B一起亮，然后A灭D.A、B一起亮，然后B灭答案B解析S闭合时，由于与A灯串联的线圈L的自感系数很大，故在线圈上产生很大的自感电动势，阻碍电流的增大，所以B比A先亮，稳定后，流过B灯支路的电流变小，所以B灯逐渐变暗，故B正确.三、断电自感现象1.认识断电时的自感现象如图5所示，L为自感系数较大的线圈，其直流电阻比灯泡的电阻小，先闭合开关使灯泡发光，然后断开开关.图5现象：灯泡A闪亮一下再熄灭解释：在开关断开后灯泡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的电阻.而当线圈电阻大于或等于灯泡的电阻时，灯泡就会缓慢变暗直至熄灭.2.对断电自感的理解(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3如图6所示，开关S处于闭合状态，小灯泡A和B均正常发光，小灯泡A的电阻大于线圈L的电阻，现断开开关S，以下说法正确的是()图6A.小灯泡A越来越暗，直到熄灭B.小灯泡B越来越暗，直到熄灭C.线圈L中的电流会立即消失D.线圈L中的电流过一会再消失，且方向向右答案D解析S断开瞬间，B立即熄灭.由于小灯泡A的电阻大于线圈L的电阻，所以S断开前线圈的电流大于小灯泡A中的电流.S断开瞬间，线圈中的电流由原电流逐渐减小，导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的减小，即线圈L中的电流过一会再消失，且方向向右，因L和A组成新的回路，电流由原线圈中的电流逐渐减小，所以A先亮一下，然后慢慢熄灭，故D正确.学科素养通过例2和例3，进一步加深对通电自感现象和断电自感现象的理解，知道通电、断电瞬间，自感线圈中的电动势阻碍原电流的变化，但阻止不了原电流的变化，且原电流不能发生突变.运用电磁感应知识解释自感现象，这很好地体现了“科学思维”的学科素养.四、自感现象中的图象问题例4如图7所示的电路中，开关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，现将开关S突然断开，开关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7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，且与灯泡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.提示要注意断电前后，无线圈的支路电流方向是否变化.1.(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.2.(对互感现象的理解)(多选)如图8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8A.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.3.(对自感现象的理解)(多选)如图9所示电路，自感线圈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，则()图9A.S闭合瞬间，LA不亮，LB很亮B.S闭合瞬间，LA、LB同时亮，然后LA逐渐变暗到熄灭，LB变得更亮C.S断开瞬间，LA闪亮一下才熄灭，LB立即熄灭D.S断开瞬间，LA、LB立即熄灭答案BC4.(自感现象的图象问题)在如图10所示的电路中，L是一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈，D1、D2和D3是三个完全相同的灯泡，E是内阻不计的电源.在t0时刻，闭合开关S，电路稳定后在t1时刻断开开关S.规定以电路稳定时流过D1、D2的电流方向为正方向，分别用I1、I2表示流过D1和D2的电流，则下列图象中能定性描述电流I随时间t变化关系的是()图10答案C解析当闭合开关时，因为线圈与D1串联，所以流过D1的电流I1会慢慢增大，流过D2的电流I2为稳定值，且电路稳定时I2I1.当开关断开时，因为线圈阻碍电流I1的减小，所以通过D1的电流不会立即消失，会从原来的大小慢慢减小，由于L、D1、D2和D3构成回路，通过D1的电流也流过D2，所以I2变成反向立即增大，之后逐渐减小，故C正确，A、B、D错误.一、选择题考点一互感现象的理解与应用1.在无线电仪器中，常需要在距离较近处安装两个线圈，并要求当一个线圈中电流有变化时，对另一个线圈中电流的影响尽量小.如图所示两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是()答案D2.(2018厦门外国语学校期末)1831年法拉第把两个线圈绕在一个铁环上，A线圈与电源、滑动变阻器R组成一个回路，B线圈与开关S、电流表G组成另一个回路，如图1所示.通过多次实验，法拉第终于总结出产生感应电流的条件.关于该实验，下列说法正确的是()图1A.闭合开关S的瞬间，电流表G中有ab的感应电流B.闭合开关S的瞬间，电流表G中有ba的感应电流C.闭合开关S后，在增大滑动变阻器R的过程中，电流表G中有ab的感应电流D.闭合开关S后，在增大滑动变阻器R的过程中，电流表G中有ba的感应电流答案D解析闭合开关S的瞬间，通过B线圈的磁通量不发生变化，B线圈中不产生感应电流，选项A、B错误；在增大滑动变阻器R的过程中，A线圈中通过的是逐渐减弱的电流，即线圈B处于逐渐减弱的磁场中，由安培定则和楞次定律可判断，电流表中的感应电流方向为ba，故选项C错误，选项D正确.3.如图2所示，绕在铁芯上的线圈M与电源、滑动变阻器和开关组成了一个闭合回路，在铁芯的右端，线圈P与电流表连成闭合电路.下列说法正确的是()图2A.开关S闭合，电路稳定后，线圈P中有感应电流，线圈M、P相互排斥B.开关S闭合，电路稳定后，使变阻器滑片向左匀速移动，线圈P中有感应电流，线圈M、P相互排斥C.开关S闭合，电路稳定后，使变阻器滑片向右匀速移动，线圈P中有感应电流，线圈M、P相互排斥D.开关S闭合瞬间，线圈P中有感应电流，线圈M、P相互吸引答案B解析开关S闭合，电路稳定后，线圈M中的电流不变，由安培定则可知，产生的磁场方向沿铁芯轴线向右，线圈P中的磁通量不变，故不会产生感应电流，M、P没有排斥作用，也没有吸引作用，故A错误；当开关S闭合，电路稳定后，滑片向左匀速移动，线圈M中的电流增大，因而穿过线圈P的磁通量增加，线圈P中产生感应电流，并且由楞次定律知，感应电流的磁场方向与线圈M的磁场方向相反，故M、P两线圈相互排斥，B正确；同理可知C错误；开关S闭合瞬间，线圈P中有感应电流，M、P相互排斥，所以D错误.考点二自感现象的分析4.如图3所示，L为一纯自感线圈(即电阻为零).LA是一个灯泡，下列说法中正确的是()图3A.开关S闭合瞬间，无电流通过灯泡B.开关S闭合后，电路稳定时，无电流通过灯泡C.开关S断开瞬间，无电流通过灯泡D.开关S闭合瞬间及稳定时，灯泡中均有从a到b的电流，而在开关S断开瞬间，灯泡中有从b到a的电流答案B解析开关S闭合瞬间，灯泡中的电流从a到b，线圈由于自感作用，通过它的电流将逐渐增加.开关S闭合后，电路稳定时，纯自感线圈对电流无阻碍作用，将灯泡短路，灯泡中无电流通过.开关S断开瞬间，由于线圈的自感作用，线圈中原有的向右的电流将逐渐减小，线圈和灯泡形成回路，故灯泡中有从b到a的电流，故B正确.5.如图4所示的电路中，A1和A2是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，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()图4A.接通时A1先达最亮，断开时A1后灭B.接通时A2先达最亮，断开时A1后灭C.接通时A1先达最亮，断开时A2后灭D.接通时A2先达最亮，断开时A2后灭答案A解析当开关S接通时，A1和A2同时亮，但由于自感现象的存在，流过线圈的电流由零变大时，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慢慢增加，所以开始时电流几乎全部从A1通过，而该电流又将同时分路通过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，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.6.(多选)(2018宿迁市高二上学期期末)如图5所示，A、B是两个完全相同的小灯泡，L是电阻不计、自感系数很大的线圈.下列说法正确的有()图5A.闭合S1，再闭合S2，A灯将变暗B.闭合S1，再闭合S2，B灯将变暗直至熄灭C.闭合S1、S2稳定后，再断开S1，A灯将立即熄灭D.闭合S1、S2稳定后，再断开S1，B灯先亮一下然后变暗直至熄灭答案BCD7.(2018如东中学高二阶段性测试)如图6所示，电源电动势为E，其内阻不可忽略，L1、L2是完全相同的灯泡，线圈L的直流电阻不计，电容器的电容为C，合上开关S，电路稳定后()图6A.电容器的带电荷量为CEB.灯泡L1、L2的亮度相同C.在断开S的瞬间，通过灯泡L1的电流方向向右D.在断开S的瞬间，灯泡L2立即熄灭答案C解析合上开关S，电路稳定后，L1被短路，L1灯不亮，L2灯发光，B错；由于电源有内阻，电容器两端电压UE，则电容器所带电荷量QIA，则能观察到小灯泡闪亮一下再熄灭，线圈的自感系数越大，小灯泡延时闪亮的时间就越长.可见灯泡未闪亮的根本原因是不满足ILIA的条件，这是线圈电阻偏大造成的.故C正确.考点三自感现象中的图象问题12.(多选)如图11所示，用电流传感器研究自感现象.电源内阻不可忽略，线圈的自感系数较大，其直流电阻小于电阻R的阻值.t0时刻闭合开关S，电路稳定后，t1时刻断开S，电流传感器连接计算机分别描绘了整个过程线圈中的电流IL和电阻中的电流IR随时间t变化的图象.下列图象中可能正确的是()图11答案AD13.(多选)(2018玉溪市峨山一中高三月考)图12(a)是用电流传感器(相当于电流表，其电阻可以忽略不计)研究自感现象的实验电路，图中两个电阻的阻值均为R，L是一个自感系数足够大的自感线圈，其直流电阻值也为R.图(b)是某同学画出的在t0时刻开关S切换前后，通过传感器的电流随时间变化的图象.关于这些图象，下列说法中正确