高中物理 4.9互感和自感课件 新人教版选修3-2.ppt

第9讲互感和自感 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 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 这种现象叫 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 互感 能量 二 自感现象1 定义 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 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 电流的增加 阻碍电流的减小 图1 实验电路如图1所示 开关S接通时 可以看到灯泡2 而灯泡1是 立即正常发光 逐渐亮起来的 实验2 演示断电自感现象 闪亮一下再 图2 实验电路如图2所示 接通电路 灯泡正常发光后 迅速断开开关S 可以看到灯泡 逐渐熄灭 想一想在断电自感现象中 灯泡为什么会出现这种现象 答案开关断开后 通过灯泡的感应电流比原来的电流大 三 自感系数1 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 决定因素 自感系数与线圈的大小 形状 以及是否有等因素有关 四 磁场的能量自感现象中 线圈中电流从无到有 磁场从无到有 电源把能量输送给 储存在中 电流减小时 磁场中的能量释放出来转换为电能 亨利 H 10 3H 10 6H 圈数 铁芯 磁场 磁场 一 对互感现象的理解例1如图3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 图3 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 二 对通电自感现象的分析通电瞬间通过线圈的电流增大 自感电动势的方向与原电流方向相反 阻碍电流的增加 但不能阻止增加 1 通电瞬间 自感线圈处相当于断路 电流稳定时 自感线圈相当于导体 2 与线圈串联的灯泡在通电后会逐渐变亮 直到稳定 例2如图4所示 电路中自感线圈电阻很小 可以忽略不计 R的阻值和L的自感系数都很大 A B为两个完全相同的灯泡 当S闭合时 下列说法正确的是 A A比B先亮 然后A灭B B比A先亮 然后A灯逐渐变亮C A B一起亮 然后A灭D A B一起亮 然后B灭 图4 解析S闭合时 由于与A灯串联的线圈L的自感系数很大 故在线圈上产生很大的自感电动势 阻碍电流的增大 所以B比A先亮 由于L的直流电阻很小 所以稳定后A灯的电流变大 A灯逐渐变亮 故A C D错 稳定后 由于与B灯连接的电阻很大 流过B灯支路的电流很小 所以B灯逐渐变暗 故B正确 答案B 三 对断电自感现象的分析1 断电时 自感线圈处相当于电源 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 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 图5 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变得更亮 然后渐渐变暗 故A D正确 答案AD 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 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 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 图6 解析在t 0时刻闭合开关S 由于电感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 电感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 四 对自感电动势及自感系数的理解1 对自感电动势的理解 1 自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化 可概括为 增反减同 2 由E L知自感电动势与L和有关 与 I t无关 2 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等均无关系 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 答案D 1 无线电力传输目前取得重大突破 在日本展出了一种非接触式电源供应系统 这种系统基于电磁感应原理可无线传输电力 两个感应线圈可以放置在左右相邻或上下相对的位置 原理示意图如图7所示 下列说法正确的是 对互感现象的理解 图7 A 若A线圈中输入电流 B线圈中就会产生感应电动势B 只有A线圈中输入变化的电流 B线圈中才会产生感应电动势C A中电流越大 B中感应电动势越大D A中电流变化越快 B中感应电动势越大 解析根据产生感应电动势的条件 只有处于变化的磁场中 B线圈才能产生感应电动势 A错 B对 根据法拉第电磁感应定律 感应电动势的大小取决于磁通量变化率 所以C错 D对 答案BD 2 如图8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8 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 3 如图9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9 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 开关断开时 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 对自感电动势的理解4 关于线圈中自感电动势大小的说法中正确的是 A 电感一定时 电流变化越大 自感电动势越大B 电感一定时 电流变化越快 自感电动势越大C 通过线圈的电流为零的瞬间 自感电动势为零D 通过线圈的电流为最大值的瞬间 自感电动势最大 解析电感一定时 电流变化越快 越大 由E L知 自感电动势越大 A错 B对 线圈中电流为零时 电流的变化率不一定为零 自感电动势不一定为零 故C错 当通过线圈的电流最大时 电流的变化率为零 自感电动势为零 故D错 答案B