2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修2 第2章电磁感应第4节自感和互感课件

1、4 自感和互感1.基本知识(1)自感：由于导体线圈本身的 而引起的电磁感应现象(2)自感电动势：由于自感而产生的(3)作用：自感电动势总导体中原电流的变化自感现象 电流发生变化感应电动势阻碍(4)分类：通电自感和断电自感电路现象自感电动势的作用通电自感接通电源的瞬间,灯泡D1_ 电流的增加断电自感断开开关的瞬间,灯泡D 有时灯泡D会闪亮一下,然后逐渐变暗 电流的减小慢慢变亮阻碍延迟熄灭阻碍2.思考判断(1)自感现象也是一种特殊的电磁感应现象()(2)自感电动势的方向一定与原电流的方向相反()(3)自感电动势总是阻碍导体中的原电流变化的()3探究交流如图161所示,在演示断电自感实验时,有时灯泡

2、D会闪亮一下,然后逐渐变暗,你能说出是什么原因导致的吗？图161 【提示】 若线圈L的阻值RL小于灯泡阻值R0时,断电前稳定状态下电流ILID.断电后L与D构成回路,断电瞬间由于自感现象,IL将延迟减弱,则流过灯泡D的电流为IL大于原电流,所以会使灯泡闪亮一下后再逐渐熄灭1.基本知识自感系数 2思考判断(1)自感系数与电流的大小有关()(2)通过线圈中的电流增大的越来越快,则自感系数变大()(3)自感系数是由线圈本身性质决定的()3探究交流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？【提示】 电弓脱离电网

3、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 1.基本知识(1)日光灯的构造及电路图日光灯由灯管、灯丝、 和 组成,灯管中充有微量的惰性气体和稀薄的汞蒸气,镇流器、灯丝和启动器的电路是串联的自感的典型应用日光灯 镇流器启动器电路图如图162所示：图162 (2)启动器的构造及作用启动器是一个充有氖气的小玻璃泡,里面有两个电极,一个是固定不动的 ,另一个是双金属片制成的启动器的作用是在开关闭合后,使电路短暂接通再将电路断开,相当于一个自动开关静触片U型动触片(3)镇流器的作用在启动器短暂接通电路再将电路断开的瞬间,镇流器中的电流,产生：这个自感电动势的方向与原来电源的

4、电压方向相同,它们合在一起,形成一个 ,加在灯管两端,使灯管中的气体放电,于是日光灯管成为电流的通路,开始发光日光灯正常发光时,镇流器在电路中起着降压限流作用,保证日光灯的正常工作急剧减小很高的自感电动势瞬时高电压2思考判断(1)日光灯正常发光后,拿掉启动器,日光灯将熄灭()(2)日光灯正常工作时,镇流器起降压限流的作用()3探究交流有一次,小飞拿掉家里拉线开关的盒盖,关掉日光灯,看到了开关上有电火花产生,小飞感到迷惑请思考：开关上产生电火花的原因是什么？【提示】 日光灯正常工作时,有电流通过镇流器的线圈,当断开开关时,镇流器中电流迅速减少,产生较大的自感电动势,故在断开开关时,两极间产生了一

5、个瞬时高压,击穿空气,放电产生火花.【问题导思】 1发生自感现象时,产生的自感电流一定与原电流反向吗？2自感现象的本质是什么？3从哪些方面理解自感电动势？对自感现象的理解 1自感现象遵循的规律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

6、总是起着推迟电流变化的作用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4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(增大或减小)根据“增反减同”,判断自感电动势的方向分析阻碍的结果：电流增大时,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自感电动势的两个特点1自感电动势阻碍自身电流的变化

7、,但不能阻止,且自感电动势阻碍自身电流变化的结果,会对其他电路元件的电流产生影响2自感电动势的大小跟自身电流变化的快慢有关,电流变化越快,自感电动势越大如图163所示的电路中,电源电动势为E,内阻r不能忽略R1和R2是两个定值电阻,L是一个自感系数较大的线圈开关S原来是断开的,从闭合开关S到电路中电流达到稳定为止的时间内,通过R1的电流I1和通过R2的电流I2的变化情况是( )AI1开始较大而后逐渐变小BI1开始很小而后逐渐变大CI2开始很小而后逐渐变大DI2开始较大而后逐渐变小 图163 【审题指导】 分析自感电流的大小时,应注意“L是一个自感系数较大的线圈”这一关键语句【解析】 闭合开关S

8、时,由于L是一个自感系数较大的线圈,产生反向的自感电动势阻碍电流的变化,所以开始I2很小,随着电流达到稳定,自感作用减小,I2开始逐渐变大闭合开关S时,由于线圈阻碍作用很大,路端电压较大,随着自感作用减小,路端电压减小,所以R1上的电压逐渐减小,电流逐渐减小,故A、C正确【答案】 AC1下列说法正确的是( )A当线圈中电流不变时,线圈中没有自感电动势B当线圈中电流反向时,线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相反C当线圈中电流增大时,线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反D当线圈中电流减小时,线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反【解析】 由法拉第电磁感应定律可知,当线圈中电流

9、不变时,不产生自感电动势,A对；当线圈中电流反向时,相当于电流减小,线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相同,B错；当线圈中电流增大时,自感电动势阻碍电流的增大,线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反,C对；当线圈中电流减小时,自感电动势阻碍电流的减小,线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相同,D错【答案】 AC【问题导思】 1日光灯是如何启动的？2启动器是如何实现使电路通断的？3镇流器在日光灯启动和正常工作时各有什么作用？日光灯的工作原理 1启动器的工作原理(1)当开关闭合时,电源把电压加在启动器的两电极之间,使氖气放电而发出辉光,辉光产生的热量使U形动触片膨胀伸长与静触片接

10、触,从而接通电路,于是镇流器的线圈和灯管的灯丝中就有电流通过图164 (2)电路接通后,启动器中的氖气停止放电,U形动触片冷却收缩,两个触片分离,电路自动断开,流过镇流器的电流迅速减小,镇流器线圈中会产生很高的自感电动势,方向与原来电压方向相同,与电源电压一起形成瞬时高压加在灯管两端,使灯管中的气体开始放电,于是日光灯管成为电流的通路开始发光(3)启动器相当于一个自动开关日光灯正常工作后处于断开状态,启动器损坏的情况下可将连接启动器的两个线头作一个短暂接触也可把日光灯启动(4)启动时电流流经途径是镇流器、启动器、灯丝,启动后电流流经途径是镇流器、灯丝、日光灯管 2镇流器的作用由于日光灯使用的是

11、交流电源,电流的大小和方向做周期性变化当交流电的大小增大时,镇流器上的自感电动势阻碍原电流增大,自感电动势与原电压反向；当交流电的大小减小时,镇流器上的自感电动势阻碍原电流减小,自感电动势与原电压同向可见镇流器的自感电动势总是阻碍电流的变化,正常工作时镇流器就起着降压、限流的作用若将图165甲中启动器换为开关S1,并给镇流器并联一个开关S2,如图乙所示,则下列叙述正确的是( )图165 A只把S3接通,日光灯就能正常发光B把S3、S1接通后,S2不接通,日光灯就能正常发光CS2不接通,接通S3、S1后,再断开S1,日光灯就能正常发光D当日光灯正常发光后,再接通S2,日光灯仍能正常发光【审题指导

12、】 审题时应注意以下问题：(1)观察S1、S2、S3的位置,并分析其作用(2)联想启动器和镇流器的工作原理【解析】 一般日光灯启动时瞬间把电源、灯丝、镇流器接通,然后自动断开,靠镇流器产生瞬时高压,使灯管内气体导电,所以启动时既要使乙图中S3闭合,又需使S1瞬间闭合再断开,A、B错,C对正常工作时镇流器起降压限流作用,若把乙图中S2闭合,则镇流器失去作用,日光灯不能正常工作,D错【答案】 C2日光灯点燃时需要一高出电源电压很多的瞬时高压,而日光灯点燃后正常发光时加在灯管上的电压又需大大低于电源电压,这两点的实现( )A靠与灯管并联的镇流器来完成B靠与灯管串联的镇流器来完成C靠与灯管并联的启动器

13、来完成D靠与灯管串联的启动器来完成【解析】 日光灯启动时,镇流器产生瞬时高压,日光灯启动后,镇流器起降压限流作用而镇流器与灯管是串联的,故B对【答案】 B图166甲、乙电路中,电阻R和自感线圈L的电阻都很小,接通S,使电路达到稳定,灯泡A发光,则下列说法中正确的是( )甲 乙图166综合解题方略电路中电流 大小变化的判断方法 A在电路甲中,断开S,A将渐渐变暗B在电路甲中,断开S,A将先变得更亮,然后渐渐变暗C在电路乙中,断开S,A将渐渐变暗D在电路乙中,断开S,A将先变得更亮,然后渐渐变暗【审题指导】 审题时应注意以下问题：(1)电阻R和自感线圈L的电阻都很小(2)电路的串、并联关系【规范解

14、答】 电阻R和自感线圈L的电阻都很小,图中,闭合S时,I1I2,断开S后,通过灯泡的电流在I1的基础上变小,所以乙图中灯泡会突然亮一下,然后渐渐变暗【答案】 AD通、断电自感中灯泡亮度变化问题与线圈串联的灯泡与线圈并联的灯泡电路图通电时电流逐渐增大,灯泡逐渐变亮灯泡立即变亮(自感线圈电阻不可忽略)断电时电流逐渐减小灯泡逐渐变暗电流方向不变电路中稳态电流为I1、I2(1)若I2I1,灯泡逐渐变暗(2)若I2I1,灯泡闪亮后逐渐变暗,两种情况灯泡电流方向均改变1关于自感现象,下列说法正确的是( )A感应电流方向一定和原电流方向相反B线圈中产生的自感电动势较大的其自感系数也一定较大C对于同一线圈,当

15、电流变化较快时,线圈中的自感系数较大D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】 根据自感现象可知,当原电流增大时,感应电流阻碍它的增大,感应电流的方向与原电流的方向相反；当原电流减小时,感应电流阻碍它的减小,感应电流的方向与原电流的方向相同；所以选项A是错误的自感系数是由线圈本身的性质决定的,与其他因素无关,因此选项B、C都是错误的自感电动势与电流的变化率、自感系数有关,选项D是正确的【答案】 D2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,自感电动势一定越大B线圈中的电流等于零时,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

16、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】 D3如图167所示,L为自感系数较大的线圈,电路稳定后小灯泡正常发光,当断开开关S的瞬间会有( )A灯A立即熄灭B灯A慢慢熄灭C灯A突然闪亮一下再慢慢熄灭D灯A突然闪亮一下再突然熄灭图167 【解析】 当开关S断开时,由于通过自感线圈的电流从有变到零,线圈将产生自感电动势,但由于线圈L与灯A串联,在S断开后,不能形成闭合回路,因此灯A在开关断开后,电源供给的电流为零,灯就立即熄灭【答案】