2020版高中物理人教选修3-2课件：4.6互感和自感

1、6 互感和自感 一、互感现象一、互感现象 二、自感现象二、自感现象 1.1.定义定义: :一个线圈中的电流一个线圈中的电流_时时, ,它所产生的它所产生的_ 的磁场在它本身激发出感应电动势的现象的磁场在它本身激发出感应电动势的现象, ,产生的电产生的电 动势叫做动势叫做_。 变化变化变化变化 自感电动势自感电动势 2.2.通电自感和断电自感通电自感和断电自感: : 电路电路现象现象 自感电动势自感电动势 的作用的作用 通电通电 自感自感 接通电源的瞬间接通电源的瞬间, ,灯灯 泡泡A A1 1_ _电流的电流的 增加增加 断电断电 自感自感 断开开关的瞬间断开开关的瞬间, ,灯灯 泡泡A_A_

2、。有。有 时灯泡时灯泡A A会闪亮一会闪亮一 下下, ,然后逐渐变暗然后逐渐变暗 _电流的电流的 减小减小 较慢地亮起来较慢地亮起来 阻碍阻碍 逐渐变暗逐渐变暗阻碍阻碍 3.3.自感系数自感系数: : (1)(1)自感电动势的大小自感电动势的大小:E=_,:E=_,其中其中L L是线圈的自感系是线圈的自感系 数数, ,简称自感或电感。简称自感或电感。 (2)(2)单位单位:_,:_,符号符号:_:_。 常用的还有常用的还有_(mH_(mH) )和微和微 亨亨(H(H) )。换算关系是。换算关系是:1 H=_ mH=_ H:1 H=_ mH=_ H。 (3)(3)决定线圈自感系数大小的因素决定线

3、圈自感系数大小的因素: :线圈的大小、形线圈的大小、形 状、状、_以及是否有以及是否有_等。等。 亨利亨利H H毫亨毫亨 10103 310106 6 圈数圈数铁芯铁芯 I L t 三、自感现象中的能量转化三、自感现象中的能量转化 1.1.自感现象中的磁场能量自感现象中的磁场能量: : (1)(1)线圈中电流从无到有时线圈中电流从无到有时: :磁场从无到有磁场从无到有, ,电源的电源的 _输送给磁场输送给磁场, ,储存在磁场中。储存在磁场中。 (2)(2)线圈中电流减小时线圈中电流减小时: :磁场中的磁场中的_释放出来转化为释放出来转化为 电能。电能。 能量能量 能量能量 2.2.电的电的“惯

4、性惯性”: : 自感电动势有阻碍线圈中自感电动势有阻碍线圈中_的的“惯性惯性”。 电流变化电流变化 【思考辨析【思考辨析】 (1)(1)自感现象中自感现象中, ,自感电动势的方向一定与引起自感的自感电动势的方向一定与引起自感的 原电流的方向相反。原电流的方向相反。( () ) (2)(2)对确定线圈对确定线圈, ,电流变化越大电流变化越大, ,产生的自感电动势越大。产生的自感电动势越大。 ( () ) (3)(3)自感电动势总要阻碍引起自感的原电流的变化。自感电动势总要阻碍引起自感的原电流的变化。 ( ( ) ) 提示提示: :(1)(1)。自感现象也符合楞次定律。自感现象也符合楞次定律, ,

5、自感电动势总自感电动势总 要阻碍引起自感的原电流的变化。当原电流减小时要阻碍引起自感的原电流的变化。当原电流减小时, ,自自 感电动势阻碍原电流的减小感电动势阻碍原电流的减小, ,与原电流的方向相同。与原电流的方向相同。 (2)(2)。自感电动势大小与电流变化率有关。自感电动势大小与电流变化率有关, ,与电流变与电流变 化量无关。化量无关。 (3)(3)。自感现象也是电磁感应现象。自感现象也是电磁感应现象, ,也符合楞次定律也符合楞次定律, , 自感电动势总要阻碍引起自感的原电流的变化。自感电动势总要阻碍引起自感的原电流的变化。 一自感现象的产生及规律一自感现象的产生及规律 【典例【典例】(

6、(多选多选) )下列关于自感现象的论述中下列关于自感现象的论述中, ,正确的是正确的是 ( () ) 世纪金榜导学号世纪金榜导学号 A.A.线圈的自感系数跟线圈内电流的变化率成正比线圈的自感系数跟线圈内电流的变化率成正比 B.B.当线圈中电流减弱时当线圈中电流减弱时, ,自感电动势的方向与原电流方自感电动势的方向与原电流方 向相反向相反 C.C.当线圈中电流增大时当线圈中电流增大时, ,自感电动势的方向与原电流方自感电动势的方向与原电流方 向相反向相反 D.D.穿过线圈的磁通量的变化和线圈中电流的变化成正穿过线圈的磁通量的变化和线圈中电流的变化成正 比比 【正确解答【正确解答】选选C C、D

7、D。线圈的自感系数是由线圈本身。线圈的自感系数是由线圈本身 性质决定的性质决定的, ,与线圈的长度、匝数、线圈的横截面积、与线圈的长度、匝数、线圈的横截面积、 铁芯的有无有关铁芯的有无有关, ,而与线圈内电流强度的变化率无关而与线圈内电流强度的变化率无关, , 故故A A错误错误; ;自感电动势的方向总是阻碍原来线圈中电流自感电动势的方向总是阻碍原来线圈中电流 的变化的变化, ,即原来线圈中电流增大即原来线圈中电流增大, ,自感电动势的方向与自感电动势的方向与 原电流方向相反原电流方向相反; ;线圈中电流减弱线圈中电流减弱, ,自感电动势的方向自感电动势的方向 与原电流方向相同与原电流方向相同

8、, ,故故C C正确正确,B,B错误。根据错误。根据E=L E=L 和和 E=n E=n 比较可知比较可知I I, ,则则D D正确。正确。 I t t 【核心归纳【核心归纳】 1.1.自感现象的产生自感现象的产生: :当线圈中的电流变化时当线圈中的电流变化时, ,产生的磁产生的磁 场及穿过自身的磁通量随之变化场及穿过自身的磁通量随之变化, ,依据楞次定律依据楞次定律, ,会在会在 自身产生感应电动势自身产生感应电动势, ,叫自感电动势。叫自感电动势。 2.2.规律规律: :自感现象也是电磁感应现象自感现象也是电磁感应现象, ,也符合楞次定律也符合楞次定律, , 可表述为自感电动势总要阻碍引起

9、自感的原电流的变可表述为自感电动势总要阻碍引起自感的原电流的变 化。化。 当原电流增加时当原电流增加时, ,自感电动势阻碍原电流的增加自感电动势阻碍原电流的增加, ,方方 向与原电流方向相反。向与原电流方向相反。 当原电流减小时当原电流减小时, ,自感电动势阻碍原电流的减小自感电动势阻碍原电流的减小, ,方方 向与原电流方向相同。向与原电流方向相同。 自感电动势总要阻碍引起自感的原电流的变化自感电动势总要阻碍引起自感的原电流的变化, ,但阻但阻 止不住止不住, ,只是变化得慢了。只是变化得慢了。 3.3.自感电动势的大小也遵从法拉第电磁感应定律自感电动势的大小也遵从法拉第电磁感应定律, ,表达

10、表达 式为式为E=LE=L 。 I t 4.4.线圈作用线圈作用: :当线圈中的电流变化时当线圈中的电流变化时, ,线圈相当于电源线圈相当于电源; ; 当线圈中电流不变时当线圈中电流不变时, ,线圈相当于电阻或导线。线圈相当于电阻或导线。 【过关训练【过关训练】 1.(1.(多选多选) )线圈通以如图所示的随线圈通以如图所示的随 时间变化的电流时间变化的电流, ,则则( () ) A.0A.0t t1 1时间内线圈中的自感电动势最大时间内线圈中的自感电动势最大 B.tB.t1 1t t2 2时间内线圈中的自感电动势最大时间内线圈中的自感电动势最大 C.tC.t2 2t t3 3时间内线圈中的自

11、感电动势最大时间内线圈中的自感电动势最大 D.tD.t1 1t t2 2时间内线圈中的自感电动势为零时间内线圈中的自感电动势为零 【解析【解析】选选C C、D D。线圈中的自感电动势与通入的电流。线圈中的自感电动势与通入的电流 的变化率成正比的变化率成正比, ,即即E E 。根据图象分析。根据图象分析:0:0t t1 1时间时间 内的电流变化率小于内的电流变化率小于t t2 2t t3 3时间内的电流变化率时间内的电流变化率,A,A错错 误误,C,C正确正确;t;t1 1t t2 2时间内的电流变化率为零时间内的电流变化率为零, ,自感电动自感电动 势为零势为零,B,B错误错误,D,D正确。正

12、确。 I t 2.2.一个线圈的电流在均匀增大一个线圈的电流在均匀增大, ,则这个线圈的则这个线圈的( () ) A.A.自感系数也将均匀增大自感系数也将均匀增大 B.B.自感电动势也将均匀增大自感电动势也将均匀增大 C.C.磁通量的变化率也将均匀增大磁通量的变化率也将均匀增大 D.D.自感系数、自感电动势都不变自感系数、自感电动势都不变 【解析】【解析】选选D D。自感系数是描述线圈本身特征的物理量。自感系数是描述线圈本身特征的物理量, , 不随电流而变不随电流而变; ;电流均匀变化电流均匀变化, ,则磁通量的变化率和自则磁通量的变化率和自 感电动势均不变感电动势均不变, ,故故D D选项正

13、确。选项正确。 二通电自感和断电自感二通电自感和断电自感 【典例【典例】如图所示如图所示, ,电阻电阻R R的阻值和线圈自感系数的阻值和线圈自感系数L L的值的值 都较大都较大, ,电感线圈的电阻不计电感线圈的电阻不计,A,A、B B是两只完全相同的是两只完全相同的 灯泡灯泡, ,则下列说法正确的是则下列说法正确的是( () ) 世纪金榜导学号世纪金榜导学号 A.A.当开关当开关S S闭合时闭合时,B,B比比A A先亮先亮, ,然后然后A A熄灭熄灭 B.B.当开关当开关S S闭合时闭合时,B,B比比A A先亮先亮, ,然后然后B B熄灭熄灭 C.C.当电路稳定后开关当电路稳定后开关S S断开

14、时断开时,A,A立刻熄灭立刻熄灭,B,B逐渐熄灭逐渐熄灭 D.D.当电路稳定后开关当电路稳定后开关S S断开时断开时,B,B立刻熄灭立刻熄灭,A,A闪一下后再闪一下后再 逐渐熄灭逐渐熄灭 【解题探究【解题探究】 (1)(1)当开关当开关S S闭合时闭合时, ,有电流通过有电流通过L L吗吗? ? 提示提示: :线圈自感系数较大线圈自感系数较大, ,所以通电瞬间自感电动势阻所以通电瞬间自感电动势阻 碍作用很大碍作用很大, ,相当于断路。相当于断路。 (2)(2)电路稳定后电路稳定后, ,有电流通过有电流通过L L吗吗? ? 提示提示: :当电路稳定后当电路稳定后, ,线圈的电阻不计线圈的电阻不计

15、, ,通过通过L L 的电流为的电流为 通过通过R R和灯泡和灯泡B B的总电流。的总电流。 (3)(3)电路稳定后开关电路稳定后开关S S断开时断开时, ,通过通过L L的电流为零吗的电流为零吗? ? 提示提示: :电路稳定后开关电路稳定后开关S S断开的瞬间断开的瞬间, ,通过通过L L的电流为通的电流为通 过过R R和灯泡和灯泡B B的总电流的总电流, ,但逐渐减小。但逐渐减小。 【正确解答【正确解答】选选D D。当开关。当开关S S闭合时闭合时, ,由于电阻由于电阻R R的阻值的阻值 和线圈自感系数和线圈自感系数L L的值都较大的值都较大, ,通过通过L L和和R R的电流很小的电流很

16、小, ,相相 当于断路当于断路A A、B B两灯一起亮两灯一起亮, ,稳定后稳定后A A灯被线圈灯被线圈L L短路后熄短路后熄 灭灭, ,选项选项A A、B B错误错误; ;当电路稳定后开关当电路稳定后开关S S断开时断开时,B,B立刻熄立刻熄 灭灭, ,因为线圈因为线圈L L中会产生自感电动势中会产生自感电动势, ,阻碍本身电流的减阻碍本身电流的减 小小, ,此电流会通过此电流会通过A A灯形成回路灯形成回路, ,所以所以A A闪一下后再逐渐闪一下后再逐渐 熄灭熄灭, ,选项选项D D正确正确,C,C错误。错误。 【核心归纳【核心归纳】 与线圈串联的灯泡与线圈串联的灯泡与线圈并联的灯泡与线圈

17、并联的灯泡 电电 路路 图图 通通 电电 时时 电流逐渐增大电流逐渐增大, ,灯泡逐灯泡逐 渐变亮渐变亮 电流电流I I1 1突然变大突然变大, ,然后逐然后逐 渐减小达到稳定渐减小达到稳定 与线圈串联的灯泡与线圈串联的灯泡与线圈并联的灯泡与线圈并联的灯泡 断断 电电 时时 电流逐渐减小电流逐渐减小, ,灯泡逐渐灯泡逐渐 变暗变暗, ,电流方向不变电流方向不变 电路中稳定电流为电路中稳定电流为I I1 1、I I2 2 若若I I2 2II1 1, ,灯泡逐渐变暗灯泡逐渐变暗 若若I I2 2II1 1, ,灯泡闪亮一下后灯泡闪亮一下后 逐渐变暗逐渐变暗, ,两种情况灯泡电两种情况灯泡电 流方

18、向均改变流方向均改变 【特别提醒【特别提醒】 (1)(1)分清两种演示电路分清两种演示电路, ,演示通电自感时演示通电自感时, ,线圈和灯泡串线圈和灯泡串 联联, ,演示断电自感时演示断电自感时, ,线圈和灯泡并联。线圈和灯泡并联。 (2)(2)断电时断电时, ,线圈相当于电源线圈相当于电源, ,若能找到回路则电流继续若能找到回路则电流继续 沿线圈原来的电流方向流动沿线圈原来的电流方向流动, ,逐渐减小直至消失。逐渐减小直至消失。 【过关训练【过关训练】 1.1.【拓展延伸【拓展延伸】若若【典例【典例】中线圈的电阻中线圈的电阻L L比灯泡比灯泡A A的的 电阻大电阻大, ,断开开关断开开关S

19、S后后, ,灯泡灯泡A A是否闪亮一下是否闪亮一下, ,再逐渐熄灭再逐渐熄灭? ? 【解析【解析】线圈线圈L L与灯泡与灯泡A A并联并联, ,正常发光时因线圈的电阻正常发光时因线圈的电阻 L L比灯泡比灯泡A A的电阻大的电阻大, ,线圈线圈L L中的电流比灯泡中的电流比灯泡A A中的电流小。中的电流小。 断开开关断开开关S S后后, ,它们组成的回路中的电流自线圈它们组成的回路中的电流自线圈L L原来的原来的 电流开始逐渐减小电流开始逐渐减小, ,不会再比灯泡不会再比灯泡A A中原来的电流大中原来的电流大, ,因因 此灯泡此灯泡A A不会更亮一下不会更亮一下, ,再逐渐熄灭。再逐渐熄灭。

20、答案答案: :灯泡灯泡A A不会闪亮一下不会闪亮一下, ,再逐渐熄灭再逐渐熄灭 2.2.如图所示如图所示,A,A1 1和和A A2 2是完全相同的两只灯泡是完全相同的两只灯泡, ,线圈线圈L L的电的电 阻可以忽略阻可以忽略, ,下列说法正确的是下列说法正确的是世纪金榜导学号世纪金榜导学号( ( ) ) A.A.闭合开关闭合开关S S瞬间瞬间,A,A1 1和和A A2 2同时亮同时亮 B.B.闭合开关闭合开关S S瞬间瞬间,A,A2 2先亮先亮,A,A1 1后亮后亮 C.C.断开开关断开开关S S瞬间瞬间,A,A2 2先熄灭先熄灭,A,A1 1后熄灭后熄灭 D.D.断开开关断开开关S S瞬间瞬

21、间,A,A1 1先熄灭先熄灭,A,A2 2后熄灭后熄灭 【解析【解析】选选B B。合上开关。合上开关S S接通电路接通电路,A,A2 2立即亮立即亮, ,线圈对线圈对 电流的增大有阻碍作用电流的增大有阻碍作用, ,所以通过所以通过A A1 1的电流慢慢变大的电流慢慢变大, , 最后两灯泡的电压一样大最后两灯泡的电压一样大, ,所以一样亮所以一样亮, ,故故A A错误错误,B,B正确正确; ; 断开开关断开开关S S切断电路时切断电路时, ,线圈对电流的减小有阻碍作用线圈对电流的减小有阻碍作用, , 所以通过所以通过A A1 1的电流会慢慢变小的电流会慢慢变小, ,并且通过并且通过A A2 2,

22、 ,所以两灯所以两灯 泡过一会儿一起熄灭泡过一会儿一起熄灭, ,故故C C、D D错误。所以选错误。所以选B B。 3.(3.(多选多选) )如图所示如图所示,L,L是自感系数很大的线圈是自感系数很大的线圈, ,直流电阻直流电阻 几乎为零几乎为零,A,A和和B B是两个相同的小灯泡。下列说法中正确是两个相同的小灯泡。下列说法中正确 的是的是 ( () ) A.A.开关开关S S断开瞬间断开瞬间,A,A、B B灯均闪亮后再熄灭灯均闪亮后再熄灭 B.B.开关开关S S断开瞬间断开瞬间,A,A灯立即熄灭灯立即熄灭,B,B灯亮一下再熄灭灯亮一下再熄灭 C.C.开关开关S S闭合瞬间闭合瞬间A A灯立即

23、亮起来灯立即亮起来; ;最后最后A A、B B两灯一样亮两灯一样亮 D.D.开关开关S S闭合瞬间闭合瞬间A A、B B两灯一样亮两灯一样亮; ;后来后来A A灯变得更亮灯变得更亮,B,B 灯逐渐熄灭灯逐渐熄灭 【解析【解析】选选B B、D D。开关。开关S S断开瞬间断开瞬间, ,灯泡灯泡B B与线圈与线圈L L构成构成 闭合回路闭合回路, ,所以稳定后再断开开关所以稳定后再断开开关S S后后, ,灯泡灯泡B B由暗变亮由暗变亮 再逐渐熄灭再逐渐熄灭, ,灯泡灯泡A A立即熄灭。故立即熄灭。故A A错误错误,B,B正确正确; ;刚闭合刚闭合 S S时时, ,电源的电压同时加到两灯上电源的电压同时加到两灯上,A,A、B B同时亮同时亮, ,且由于且由于 电感电感L L自感系数很大自感系数很大, ,几乎没有电流流过几乎没有电流流过,A,A、B B电流相等电流相等, , 一样亮一样亮; ;随着随着L L中电流增大中电流增大