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.ppt

自主学习 基础知识 6互感和自感 学习目标 1 了解互感现象及互感现象的应用 重点 2 了解自感现象 认识自感电动势对电路中电流的影响 难点 3 了解自感系数的意义和决定因素 重点 4 知道磁场具有能量 难点 合作探究 重难疑点 解题技巧 素养培优 1 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 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的现象 产生的电动势叫做 变化 互感电动势 2 应用互感现象可以把 由一个线圈传递到另一个线圈 收音机的 就是利用互感现象制成的 3 危害互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间 在电力工程中和电子电路中 有时会影响电路正常工作 能量 变压器 磁性天线 2 自感现象 1 定义当一个线圈中的电流 时 它所产生的 的磁场在它本身激发出感应电动势的现象 产生的电动势叫作 2 通电自感和断电自感 变化 变化 自感电动势 较慢地亮起来 阻碍 逐渐变暗 阻碍 自感电动势的作用是什么 方向如何判断 提示 作用 总是阻碍导体中原电流的变化 方向 当原电流增大时 自感电动势与原电流方向相反 当原电流减小时 自感电动势与原电流方向相同 1 互感现象只能发生于绕在同一铁芯的两个线圈之间 而不可能产生于相互靠近的电路之间 2 互感现象和自感现象均属于电磁感应现象 3 自感现象中感应电流的方向一定与引起自感的原电流的方向相反 亨利 H 大小 形状 圈数 铁芯 2 磁场的能量 1 线圈中电流从无到有时 磁场从无到有 电源的能量输送给 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 线圈 磁场 线圈 在演示断电自感时 开关断开后小灯泡并不立即熄灭 这一现象是否违背了能量守恒定律 小灯泡消耗的电能是从何处获得的 提示 线圈中有电流时 线圈就具有了磁场能 断开开关后 线圈相当于电源 线圈中所储存的磁场能转化为电能 给灯泡提供能量 这一现象并不违背能量守恒定律 1 线圈的自感系数大 其电阻不一定大 2 在断开电路时 与线圈并联的灯泡会亮一下后再逐渐熄灭 说明能量不再守恒了 3 自感系数越大 自感电动势不一定越大 预习完成后 请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中 学生分组探究一对互感现象和自感现象的理解第1步探究 分层设问 破解疑难如图4 6 1为互感线圈 图4 6 1 1 互感现象中能量是怎样转化的 提示 互感现象中能量是依靠原线圈电流产生的磁场能 磁场能通过铁芯传递到另一线圈 又转化为电能 2 电感线圈在电路中的作用是什么 提示 阻碍电流的变化 3 自感电动势怎样产生 如何确定其方向 提示 通过线圈的电流发生变化时 导致穿过线圈的磁通量发生变化 产生了感应电动势 其方向根据原电流的变化进行判断 第2步结论 自我总结 素能培养1 对互感现象的理解 1 互感现象是一种常见的电磁感应现象 它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间 而且可以发生于任何相互靠近的电路之间 2 互感现象可以把能量由一个电路传到另一个电路 变压器就是利用互感现象制成的 3 在电力工程和电子电路中 互感现象有时会影响电路的正常工作 这时要求设法减小电路间的互感 2 对自感现象的理解 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 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 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 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 3 对电感线圈阻碍作用的理解 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 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 第3步例证 典例印证 思维深化 多选 2014 湖南浏阳高二检测 如图4 6 2所示的电路中 是自感系数很大的线圈 但其自身的电阻几乎为零 LA LB是两个相同的灯泡 下列说法中正确的是 A 开关S由断开变为闭合 LA LB同时发光 之后亮度不变B 开关S由断开变为闭合 LA立即发光 之后又逐渐熄灭 C 开关S由闭合变为断开的瞬间 LA LB同时熄灭D 开关S由闭合变为断开的瞬间 LA再次发光 之后又逐渐熄灭 思路点拨 1 电流变化时 电感线圈对电流的变化有阻碍作用 2 电流稳定时 电感线圈相当于一段导线的作用 解析 S闭合的瞬间 通过L的电流从无到有发生变化 从而产生阻碍作用 LA有电流通过而发光 电流稳定通后过L的电流恒定无阻碍作用 LA被L短路两端无电压而熄灭 所以A错B正确 开关S断开的瞬间 通过L的电流减小而产生感应电动势 或说阻碍电流的减小 从而有电流通过LA再次发光 故C错 D正确 答案 BD 自感电动势的作用从开关S闭合到电路中电流稳定 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 与线圈并联的元件中的电流开始较大 以后逐渐减小 第4步巧练 精选习题 落实强化1 多选 如图4 6 3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 电阻可忽略的线圈 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 A I1开始较大而后逐渐变小B I1开始很小而后逐渐变大C I2开始很小而后逐渐变大图4 6 3 D I2开始较大而后逐渐变小 解析 闭合开关S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 所以开始电流I1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I1逐渐减小 故选项A C正确 答案 AC A 有阻碍电流的作用 最后电流由I0减小到零B 有阻碍电流的作用 最后电流总小于I0C 有阻碍电流增大的作用 因而电流将保持I0不变D 有阻碍电流增大的作用 但电流最后还是增大到2I0 解析 开关S由断开到闭合 回路中的电流要增大 因而在L上要产生自感电动势 根据楞次定律 自感电动势总是要阻碍引起它的电流的变化 这就是说由于电流增加引起的自感电动势要阻碍原电流的增加 但阻碍不是阻止 电流仍要增大 而达到稳定后其电流为2I0 选项D正确 答案 D 学生分组探究二通电自感和断电自感第1步探究 分层设问 破解疑难1 如图4 6 5所示 L是自感系数足够大的线圈 电阻可忽略不计 D1 D2和D3是三个完全相同的灯泡 图4 6 5 请探究以下几个问题 1 开关S闭合后 三个灯泡的亮度变化情况如何 2 开关S断开后 三个灯泡的亮度变化情况如何 提示 1 电感线圈L的自感系数足够大 对电流的阻碍作用很强 S闭合瞬间 线圈L中的电流几乎为零 电源立即给D1 D2和D3三个灯泡供电 三个灯泡同时亮 当电流逐渐稳定 线圈L产生的感应电动势消失 线圈L起到 短路 作用 使得D1 D2熄灭 D3变得更亮 2 S断开时 电源不再供电 D3立即熄灭 线圈L产生的自感电动势与D1 D2构成回路 使得D1 D2亮一下再慢慢熄灭 2 如图4 6 6所示 一毛同学用多用电表的欧姆挡测量一个线圈的电阻 以判断它是否断路 为方便测量 同桌的二毛同学用双手分别握住线圈裸露的两端 一毛用两表笔与线圈两端接触 读出阻值 再将表笔与线圈断开 在测量的过程中 二毛在某瞬间感到有强烈的电击感 对此现象 应如何解释 图4 6 6 提示 当表笔与线圈断开时 由于通过线圈的电流突然减小到零 故在线圈中产生很大的自感电动势 因二毛同学用双手分别握住线圈裸露的两端 故会感觉有电击感 第2步结论 自我总结 素能培养1 自感现象 2 灯泡亮度变化 第3步例证 典例印证 思维深化如图4 6 7所示 电路中电源内阻不能忽略 电阻R的阻值和线圈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 图4 6 7 A A比B先亮 然后A灭B B比A先亮 然后B逐渐变暗C A B一起亮 然后A灭D A B一起亮 然后B灭 思路点拨 1 电流变化时 电感线圈对电流的变化有阻碍作用 2 电流稳定时 电感线圈相当于一段导线的作用 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 故选项A C D错误 稳定后 总电阻减小 路端电压减小 流过B灯支路的电流减小 所以B灯逐渐变暗 故选项B正确 答案 B 自感电动势阻碍电流变化的两种表现当原电路断开时 线圈的自感电动势阻碍电流的减小 此时线圈在新的电路中相当于一个电源 表现为两个方面 一个是自感电动势所对应的电流方向与原来线圈中电流方向一致 二是在断电瞬间 自感电动势所对应的电流大小与原电流大小相等 以后此电流开始缓慢减小到零 总之 通过线圈的电流不能突变 第4步巧练 精选习题 落实强化1 如图4 6 8所示电路中 L为一自感系数较大的线圈 电键S闭合电路稳定后 电阻R2和线圈L均有电流通过 现将电键S断开瞬间 图4 6 8 A 流经R2和L的电流方向都向左B 流经R2和L的电流方向都向右C 流经R2的电流方向向右 流经L的电流方向向左D 流经R2的电流方向向左 流经L的电流方向向右 解析 电路稳定时L的电流方向都向左 电键断开瞬间 L相当于电源与R2组成闭合回路 流经R2的电流方向向右 流经L的电流方向向左 故选项C正确 答案 C 2 如图4 6 9 a b 中 电阻R和自感线圈L的电阻值相等 接通开关S 使电路达到稳定状态 灯泡D发光 则下列说法正确的是 图4 6 9 在电路 a 中 断开S D将渐渐变暗 在电路 a 中 断开S D将先变得更亮 然后渐渐变暗 在电路 b 中 断开S D将渐渐变暗 在电路 b 中 断开S D将先变得更亮 然后渐渐变暗A B C D 解析 在电路 a 中自感线圈L与灯泡D串联 D与L电流相等 断开S时线圈产生的自感电动势将使D与L中的电流从稳定状态逐渐减弱 D将渐渐变暗 在电路 b 中 L与D并联 由电阻R和自感线圈L的电阻值相等可推知 稳定时L中电流比D中电流大 断开S的瞬间 L中电流从稳定值逐渐减小 故S断开瞬间 通过灯泡D的电流先变大后逐渐减弱 D将先变得更亮 然后渐渐变暗 故选项D正确 答案 D 自感现象的分析思路自感现象的分析 通常包括通电自感和断电自感两类基本问题 对通 断电自感现象进行分析 首先要明确引起自感现象的原因 即通过自感线圈的电流怎样变化 是增大还是减小 当电流增大时 如通电 自感电动势方向与电流方向相反 阻碍电流增大 当电流减小时 如断电 自感电动势方向与电流方向相同 阻碍电流减小 另外还必须弄清电流的方向 特别是断电时的电流流向 必须注意 断电时自感电流的大小不会超过断电前瞬间线圈中电流的大小 如图4 6 10所示的电路中 S闭合且稳定后流过电感线圈的电流是2A 流过灯泡的电流是1A 将S突然断开 则S断开前后 能正确反映流过灯泡的电流I随时间t变化关系的是图中的 图4 6 10 思路点拨 解答此题时 应先要搞清楚研究什么元件上的电流随时间的变化关系 然后再根据线圈的自感电动势引起的感应电流的方向与原来电流的方向是相同还是相反 大小如何等因素来确定图象 解析 S断开前 通过灯泡D的电流是稳定的 其值为1A S断开瞬间 灯泡支路的电流立即减为零 但是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 使线圈中的电流将从原来的2A逐渐减小 方向不变 且由于它和灯泡D构成回路 通过灯泡D的电流和线圈L中的电流相同 也应该是从2A逐渐减小为零 但是方向与原来通过灯泡D的电流方向相反 故选D 答案 D 先看名师指津 如图4 6 11所示 灯泡中的电流是突然变大还是变小 也就是说灯泡是否突然变得更亮一下 就取决于I2与I1谁大谁小 也就是取决于R和r谁大谁小的问题 1 如果R r 就有I1 I2 灯泡会先更亮一下才熄灭 2 如果R r 灯泡会由原亮度渐渐熄灭 3 如果R r 灯泡会先立即暗一些 然后渐渐熄灭 再演练应用 如图4 6 12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4 6 12