高中物理 4.9互感和自感课件 新人教版选修3-2.ppt

,第9讲 互感和自感,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,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感应电动势，这种现象叫 . 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.,互感,能量,二、自感现象 1.定义：当一个线圈中的电流发生变化时，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,电流的增加,阻碍电流的减小,图1,实验电路如图1所示，开关S接通时，可以看到灯泡2 ，而灯泡1是 .,立即正常发光,逐渐亮起来的,实验2：演示断电自感现象.,闪亮一下再,图2,实验电路如图2所示，接通电路，灯泡正常发光后，迅速断开开关S，可以看到灯泡 .,逐渐熄灭,想一想 在断电自感现象中，灯泡为什么会出现这种现象？ 答案 开关断开后，通过灯泡的感应电流比原来的电流大.,三、自感系数 1.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.决定因素：自感系数与线圈的大小、形状、 ，以及是否有 等因素有关. 四、磁场的能量 自感现象中，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；电流减小时，磁场中的能量释放出来转换为电能.,亨利,H,103 H,106H,圈数,铁芯,磁场,磁场,一、对互感现象的理解 例1 如图3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,图3,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,二、对通电自感现象的分析 通电瞬间通过线圈的电流增大，自感电动势的方向与原电流方向相反，阻碍电流的增加，但不能阻止增加. 1.通电瞬间，自感线圈处相当于断路；电流稳定时，自感线圈相当于导体. 2.与线圈串联的灯泡在通电后会逐渐变亮，直到稳定.,例2 如图4所示，电路中自感线圈电阻很小，可以忽略不计.R的阻值和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( ) A.A比B先亮，然后A灭 B.B比A先亮，然后A灯逐渐变亮 C.A、B一起亮，然后A灭 D.A、B一起亮，然后B灭,图4,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，由于L的直流电阻很小，所以稳定后A灯的电流变大，A灯逐渐变亮，故A、C、D错. 稳定后，由于与B灯连接的电阻很大，流过B灯支路的电流很小，所以B灯逐渐变暗，故B正确. 答案 B,三、对断电自感现象的分析 1.断电时，自感线圈处相当于电源. 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.,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A的电阻，闭合开关S，使 电路达到稳定，灯泡A发光，则( ) 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,图5,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变得更亮，然后渐渐变暗，故A、D正确. 答案 AD,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，电感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( ),图6,解析 在t0时刻闭合开关S，由于电感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，电感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,四、对自感电动势及自感系数的理解 1.对自感电动势的理解 (1)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化，可概括为“增反减同”. (2)由EL 知自感电动势与L 和有关，与I 、t 无关.,2.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等均无关系.,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. 答案 D,1.无线电力传输目前取得重大突破，在日本展出了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7所示.下列说法正确的是( ),对互感现象的理解,图7,A.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,解析 根据产生感应电动势的条件，只有处于变化的磁场中，B线圈才能产生感应电动势，A错，B对； 根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小取决于磁通量变化率，所以C错，D对. 答案 BD,2.如图8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8,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,3.如图9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9,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； 开关断开时，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,对自感电动势的理解 4.关于线圈中自感电动势大小的说法中正确的是( ) A.电感一定时，电流变化越大