202X届高中物理第四章电磁感应4.6互感和自感课件新人教版选修3_2

1、6互感和自感互感和自感读一读思一思辨一辨议一议一、互感现象阅读教材第22页“互感现象”部分,知道什么是互感现象,了解互感现象的一些实际应用与防止。1.什么是互感现象?什么是互感电动势?答案: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。这种感应电动势叫互感电动势。2.互感现象有什么作用?能否说出几种实际的应用?答案: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、收音机的磁性天线。3.互感现象只能发生在两个线圈之间吗?它有哪些危害?答案: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

2、路正常工作。读一读思一思辨一辨议一议二、自感现象阅读教材第2223页“自感现象”部分,知道什么是自感现象,了解自感现象的一些实际应用与防止。1.什么是自感现象?什么是自感电动势?答案: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。由于自感而产生的感应电动势叫自感电动势。读一读思一思辨一辨议一议2.下图线圈甲中电流在增大,乙中电流在减小,试根据楞次定律判断自感电动势的方向向哪?自感电动势起什么作用?答案:图甲中电动势方向与电流方向相反,图乙中电动势方向与电流方向相同。自感电动势阻碍电流的变化。3.为什么大功率的电动

3、机开关要装在金属盒中或是使用油浸开关?答案:因为大功率电动机线圈匝数很多,开关断开时会产生很大的自感电动势,使用开关时金属片之间产生电火花,烧蚀接触点或引起人身伤害。读一读思一思辨一辨议一议三、自感系数阅读教材第23页“自感系数”部分,知道自感电动势的影响因素,掌握自感系数的决定因素和单位。1.自感电动势大小与哪些因素有关?写出计算关系式。答案:自感电动势与电流的变化率和线圈有关。2.自感系数是由哪些因素决定的?自感系数的单位是什么?答案:自感系数由线圈的大小、形状、圈数,以及是否有铁芯等因素决定。单位:亨利,符号:H。1 mH=10-3 H,1 H=10-6 H。读一读思一思辨一辨议一议四、

4、磁场的能量阅读教材第23页“磁场的能量”部分,初步了解磁场也可以储存能量。1.为什么说自感现象能说明磁场可以储存能量?答案:自感现象中开关断开后,灯泡仍然发光,说明线圈储存了能量,即磁场储存了能量。2.为什么说线圈能够体现电的“惯性”?答案:线圈中电流增大时,自感电动势阻碍电流增大,线圈中电流减小时,自感电动势阻碍电流减小。读一读思一思辨一辨议一议1.思考辨析。(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

5、感系数一定较大。 ()解析:自感电动势的大小 ,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:读一读思一思辨一辨议一议(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 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:读一读思一思辨一辨议一议2.探究讨论。(1)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。(2)如何判断自感电动势的方向?答案:先确定电流的方向,若电流减小

6、,自感电动势与电流方向相同;若电流增大,自感电动势与电流方向相反。探究一探究二当堂检测问题导引名师精讲典例剖析自感现象自感现象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。探究一探究二当堂检测问题导引名师精讲典例剖析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?探究一探究二当堂检测问题导引名师精讲典例剖析要点提示:1.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

7、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。2.(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。探究一探究二问题导引名师精讲典

8、例剖析当堂检测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。探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析当堂检测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

9、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。探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析当堂检测【例题1】 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

10、达最亮,断开时A2先灭探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析当堂检测解析: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探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析当堂检测归纳总结自

11、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问题导引名师精讲典例剖析当堂检测变式训练变式训练1 (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

12、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问题导引名师精讲典例剖析当堂检测解析: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探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析当堂检测自感电动势的大

13、小和自感系数自感电动势的大小和自感系数如图所示,李辉在断开正在工作的电动机开关时,会产生电火花,这是为什么?要点提示:电动机中的线圈匝数很多,当电路开关断开时会产生很大的自感电动势,使得开关中的金属片之间产生电火花。探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析当堂检测1.自感系数(1)自感电动势的大小: ,其中L是自感系数,简称自感或电感,单位:亨利,符号:H。1 mH=10-3 H,1 H=10-6 H。(2)自感系数的决定因素:与线圈的大小、形状、圈数,以及是否有铁芯等因素有关。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,电源把能量输送给磁场,储存在磁场中。(2)线圈中电流减

14、小时:磁场中的能量释放出来转化为电能。探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析当堂检测【例题2】 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归纳总结(1)本题易误选A项,认为由于自感现象阻碍灯泡中电流的变化,使灯泡中电流由1 A逐渐减小为零。实际上,自感电动势的效果是使线圈L上的电流逐

15、渐减小。(2)本题的第二个易错选的是B项,原因是没有注意到断开开关后通过灯泡的电流要反向。探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析当堂检测变式训练变式训练2如图所示的电路中,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S突然断开,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()探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析当堂检测解析: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感应电动势,使线圈中的电流从原来的2 A逐渐减小,方向不变,且同灯泡D构成回路,通过灯泡D的电流和线圈L中

16、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。答案:D当堂检测探究一探究二12341.(多选)(互感现象的理解)一种延时开关的原理图如图所示,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

17、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探究一探究二1234当堂检测2.(多选)(自感现象的理解)如图所示的电路中,A1和A2是完全相同的灯泡,线圈L的电阻可以忽略不计,下列说法中正确的是()A.闭合开关S时,A2先亮,A1后亮,最后一样亮B.闭合开关S时,A1和A2始终一样亮C.断开开关S时,A2立即熄灭,A1过一会儿熄灭D.断开开关S时,A1和A2都要过一会儿才熄灭解析:闭合S时,A2支路中的电流立即达到最大,A2先亮;由于线圈的自

18、感作用,A1支路电流增大得慢,A1后亮。A1中的电流稳定后,线圈的阻碍作用消失,A1与A2并联,亮度一样,故A正确,B错误。S断开时,L和A1、A2组成串联的闭合回路,A1和A2亮度一样,由于L中产生自感电动势阻碍L中原电流的消失,使A1和A2过一会才熄灭,故C错误,D正确。综上所述,正确选项为A、D。答案:AD探究一探究二1234当堂检测3.(自感现象的图象问题)如图所示的电路中,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t=0时刻闭合开关S,经过一段时间后,在t=t1时刻断开S。如下图所示,表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图象中,正确的是()探究一探究二1234当堂检测解析:开关S闭合的瞬间,由于L的阻碍作用,由R与L组成的支路相当于断路,后来由于L的阻碍作用不断减小,相当于外电路并联部