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5A 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t 0时刻闭合开关S 经过一段时间后 在t t1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t 0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t t1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 E L 其中L是自感系数 简称自感或电感 单位 符号 1mH 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 10 3H 10 6H 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