2019-2020学年高中物理 第四章 电磁感应 6 互感和自感课件 新人教版选修3-2.ppt

6互感和自感,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的现象。产生的电动势叫做互感电动势。2.应用:互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈,变压器、收音机的“磁性天线”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正常工作。,二、自感现象和自感系数1.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在它本身激发出感应电动势的现象。2.自感电动势:由于自感而产生的感应电动势。3.自感电动势的大小:E=L,其中L是自感系数,简称自感或电感,单位:亨利,符号为H。4.自感系数大小的决定因素: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。,三、磁场的能量1.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,电源的能量输送给磁场,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。2.自感电动势有阻碍线圈中电流变化的性质。搜索“自感现象的应用日光灯”,了解日光灯启动过程中的自感问题。,自我检测1.正误判断。(1)自感现象中,感应电动势一定和原电流方向相反。()解析:自感现象中感应电动势的方向遵从楞次定律。当原电流减小时,自感电动势与原电流方向相同;当原电流增大时,自感电动势与原电流方向相反。答案:(2)线圈中产生的自感电动势较大时,其自感系数一定较大。()解析:自感电动势的大小E=L,所以自感电动势大不一定是由自感系数大引起的,有可能是电流的变化率很大引起的。答案:,(3)对于同一线圈,当电流变化较快时,线圈中的自感电动势也较大。()解析:由E=L知,对于同一线圈,自感系数确定,当电流变化越快时,线圈中产生的自感电动势也越大。答案:(4)没有发生自感现象时,即使有磁场也不会储存能量。()解析:磁场可以储存能量与有没有发生自感现象无关。答案:,2.(多选)如图乙所示,是一种延时开关的原理图,S2闭合后,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,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,3.大城市的无轨电车在行驶的过程中,由于车身颠簸,有可能使车顶上的电弓瞬间脱离电网线,这时可以看到电火花闪现。请说说电火花产生的原因是什么?解析:电弓脱离电网线的瞬间电流减小,所产生的自感电动势很大,在电弓与电网线的空隙产生电火花。答案:见解析,探究一,探究二,探究三,互感现象问题探究在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接,当一个线圈中的电流变化时,在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢?要点提示:两个线圈之间并没有导线相连,但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。,探究一,探究二,探究三,知识归纳1.互感现象是一种常见的电磁感应现象,它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,而且可以发生于任何两个相互靠近的电路之间。2.互感现象可以把能量由一个电路传到另一个电路。变压器就是利用互感现象制成的。,探究一,探究二,探究三,典例剖析【例题1】如图甲所示,A、B两绝缘金属环套在同一铁芯上,A环中电流iA随时间t的变化规律如图乙所示,下列说法中正确的是()A.t1时刻,两环作用力最大B.t2和t3时刻,两环相互吸引C.t2时刻两环相互吸引,t3时刻两环相互排斥D.t3和t4时刻,两环相互吸引解析:t1时刻感应电流为零,故两环作用力为零,A错误;t2和t3时刻A环中电流在减小,则B环中产生与A环中同向的电流,故相互吸引,B正确,C错误;t4时刻A中电流为零,两环无相互作用,D错误。答案:B,探究一,探究二,探究三,变式训练1在同一铁芯上绕着两个线圈,单刀双掷开关原来接在1处,现把它从1扳到2,如图所示,试判断在此过程中,在电阻R上的电流方向是()A.先由PQ,再由QPB.先由QP,再由PQC.始终由QPD.始终由PQ解析:开关由1扳到2,线圈A中电流产生的磁场开始由左向右,先减小后反向增加,由楞次定律可得R中电流由QP,C正确。答案:C,探究一,探究二,探究三,自感现象问题探究1.如图所示,开关S闭合的时候两个灯泡的发光情况有什么不同,根据楞次定律结合电路图分析现象产生的原因。,探究一,探究二,探究三,要点提示:现象:灯泡A2立即正常发光,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方向与原来的电流方向相反,线圈中感应电动势阻碍了L中电流的增加,即推迟了电流达到正常值的时间。,探究一,探究二,探究三,2.如图所示,先闭合开关使灯泡发光,然后断开开关。(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的原因是什么?,要点提示:(1)S闭合时,灯泡A中电流方向向左,S断开瞬间,灯泡A中电流方向向右,所以开关S断开前后,流过灯泡的电流方向相反。(2)在电源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原灯泡中的电流大。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。而当线圈电阻大于灯泡电阻时,灯泡只会缓慢变暗直至熄灭。,探究一,探究二,探究三,知识归纳1.对自感现象的理解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,自感电动势的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。,探究一,探究二,探究三,3.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。(3)线圈通电和断电时线圈中电流的变化规律如图。闭合开关瞬间时,线圈相当于断路,断开开关瞬间时,线圈相当于电源。,探究一,探究二,探究三,典例剖析【例题2】如图所示的电路中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闭合和断开时,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,探究一,探究二,探究三,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,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,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,探究一,探究二,探究三,自感现象的分析思路明确通过自感线圈的电流的变化情况(增大还是减小)根据“增反减同”,判断自感电动势的方向分析阻碍的结果:电流增强时,由于自感电动势的作用,线圈中电流逐渐增大,与线圈串联的元件中的电流也逐渐增大;电流减小时,由于自感电动势的作用,线圈中电流逐渐减小,与线圈串联的元件中的电流也逐渐减小,探究一,探究二,探究三,变式训练2(多选)如图(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()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,探究一,探究二,探究三,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,探究一,探究二,探究三,自感系数、磁场的能量问题探究1.感应电动势的大小跟什么因素有关?2.如图所示,为什么电路板上电感线圈尺寸大小和匝数不一样?3.在断电自感的实验中,为什么开关断开后,灯泡的发光会持续一段时间?甚至会比原来更亮?试从能量的角度加以讨论。,探究一,探究二,探究三,要点提示:1.自感电动势的大小跟其他感应电动势的大小一样,跟穿过线圈的磁通量的变化快慢有关。而在自感现象中,穿过线圈的磁通量是由电流引起的,故自感电动势的大小跟导体中电流变化的快慢有关。2.不同的电感线圈阻碍电流变化的本领不同。3.开关闭合时线圈中有电流,电流产生磁场,能量储存在磁场中,开关断开时,线圈作用相当于电源,把磁场中的能量转化成电能。,探究一,探究二,探究三,知识归纳1.自感系数,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。,探究一,探究二,探究三,典例剖析【例题3】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性质及有无铁芯决定解析:自感系数是由线圈的大小、形状、圈数、有无铁芯等因素决定的,故B、C错,D对;自感电动势不仅与自感系数有关,还与电流变化快慢有关,故A错。答案:D,1,2,3,4,1.在无线电仪器中,常需要在距离较近的地方安装两个线圈,并要求一个线圈中有电流变化时,对另一个线圈中的电流影响尽量小,则下图中两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是(),1,2,3,4,解析:某一个线圈的磁场通过另一个线圈的磁通量的变化率越小,影响则越小,欲使两线圈由于互感的影响尽量小,应放置成D选项的情形,这样其一个线圈的磁场通过另一个线圈的磁通量的变化应为零,故D选项正确。答案:D,1,2,3,4,2.在制作精密电阻时,为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象,采取了双线绕法,如图所示,其道理是()A.当电路中的电流变化时,两股导线中产生的自感电动势相互抵消B.当电路中的电流变化时,两股导线中产生的感应电流互相抵消C.当电路中的电流变化时,两股导线中产生的磁通量互相抵消D.当电路中的电流变化时,电流的变化量相互抵消,1,2,3,4,解析:能否有感应电动势,关键在于穿过回路的磁通量是否变化。由于导线是双线绕法,使穿过回路的磁通量等于零,无论通过的电流变化与否,磁通量均为零,所以不存在感应电动势和感应电流。答案:C,1,2,3,4,3.(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