高中物理 第2章 楞次定律和自感现象 第2节 自感课件 鲁科版选修32.ppt

第2节自感 记学习目标 1 知道什么是自感现象并理解自感电动势的作用 2 知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量 知道它的单位 3 通过分析理解在自感现象中能量形式的转化情况 为进一步学习电磁振荡打下基础 学基础导学 由导体 变化 所产生的电磁感应现象 一 自感现象 自身的电流 1 定义 由导体 变化所产生的感应电动势 2 作用 总是 导体自身电流的 3 方向 当原来电流增大时 自感电动势与原电流方向 阻碍电流增大 当原来电流减小时 自感电动势与原电流方向 阻碍电流减小 4 大小 与 成正比 二 自感电动势 自身电流 阻碍 变化 相反 相同 电流变化率 1 自感系数l简称自感或电感自感系数是表示导体本身特性的物理量 自感系数越大 对电流变化的阻碍作用就越强 三 自感系数 2 决定自感系数l大小的因素线圈的自感系数跟线圈的 等因素有关 线圈的横截面积越大 匝数越多 越密 线圈越长 它的自感系数 将 插入线圈 也会使线圈的自感系数大大增加 3 单位 自感系数的单位是 简称 符号是h 常用的较小单位还有 mh 和 h 1h mh 1h h 形状 横截面积 长短 匝数 越大 铁芯 亨利 亨 毫亨 微亨 103 106 悟名师指点 1 自感电动势产生的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 自感电动势的作用阻碍原电流的变化 而不是阻止 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 自感电动势的方向当原电流增大时 自感电动势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 一 对自感电动势的进一步理解 1 下列关于自感现象的说法中 正确的是 a 自感现象是由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象b 线圈中自感电动势的方向总与引起自感的原电流的方向相反c 线圈中自感电动势的大小与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关d 加铁芯后线圈的自感系数比没加铁芯时要大答案 acd 在处理通 断电灯泡亮度变化问题时 不能一味套用结论 如通电时逐渐变亮 断电时逐渐变暗 或闪亮一下逐渐变暗 要具体问题具体分析 关键要搞清楚电路连接情况 二 通电自感和断电自感的理解 解析 本题考查了对通电自感和断电自感现象的理解 通电瞬间 l中有自感电动势产生 与l在同一支路的灯泡l1要逐渐变亮 而l2和电源构成回路则立即亮 稳定后l1与l2并联 两灯一样亮 断开开关瞬间 l中有自感电动势 相当于电源 与l1 l2构成回路 所以两灯都要过一会才熄灭 故正确答案为a d 答案 ad 1 自感现象的四个要点要点一 线圈产生感应电动势的原因是通过线圈本身的电流变化引起穿过自身的磁通量变化 要点二 自感电流总是阻碍导体中原电流的变化 当自感电流是由于原电流的增强引起的 如通电 自感电流的方向与原电流方向相反 当自感电流是由于原电流的减小引起时 如断电 自感电流的方向与原电流方向相同 三 对自感现象的理解 2 自感现象的三个状态理想线圈 无直流电阻的线圈 的三个状态分别是指线圈通电瞬间 通电稳定状态和断电瞬间 在通电开始的瞬间应把理想线圈看成断开 通电稳定时可把理想线圈看成导线或被短路来分析问题 断电时理想线圈可视为一瞬间电流源 由于自感电动势 它可以使闭合电路产生电流 3 关于自感现象 下列说法正确的是 a 感应电流一定和原电流方向相反b 线圈中产生的自感电动势较大时 其自感系数一定较大c 对于同一线圈 当电流变化较快时 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 答案 d 讲典例精析 如图所示 a b 中 自感线圈l的电阻很小 接通s 使电路达到稳定 灯泡a发光 下列说法正确的是 对自感现象的分析 a 在电路 a 中 断开s a将逐渐变暗b 在电路 a 中 断开s a将先变得更亮 然后逐渐变暗c 在电路 b 中 断开s a将逐渐变暗d 在电路 b 中 断开s a将先变得更亮 然后渐渐变暗思路点拨 1 判断s闭合时a l中电流的方向及大小 2 明确s断开时由于自感电动势 l中电流变化情况 3 由l中电流变化情况 根据a l的连接关系 确定灯泡中电流的变化情况 解析 a 图中 电灯a与电感线圈l在同一个支路中 流过的电流相同 断开开关s时 线圈l中的自感电动势的作用使得支路中的电流瞬间不变 以后渐渐变小 a正确 b错误 b 图中 电灯a所在支路的电流比电感线圈所在支路的电流要小 因为电感线圈的电阻很小 断开开关s时 电感线圈的自感电动势要阻碍电流变小 此瞬间电感线圈中的电流不变 电感线圈相当于一个电源给灯a供电 因此反向流过a的电流瞬间要变大 然后逐渐变小 所以灯泡要先更亮一下 然后渐渐变暗 答案 ad 1 自感现象的分析思路 明确通过自感线圈的电流怎样变化 是增大还是减小 判断自感电动势方向 电流增强时 如通电 自感电动势方向与电流方向相反 电流减小时 如断电 自感电动势与电流方向相同 分析电流变化情况 电流增强时 如通电 由于自感电动势方向与原电流方向相反 阻碍增加 电流逐渐增大 电流减小时 如断电 由于自感电动势方向与原电流方向相同 阻碍减小 线圈中电流方向不变 电流逐渐减小 2 在电路断开时 自感线圈的自感电动势阻碍原电流的减小 此时自感线圈在电路中相当于一个电源 表现为两个方面 一是自感电动势所对应的电流方向与原电流方向一致 二是在断电瞬间 自感电动势所对应的电流大小与原电流的大小相等 以后在此电流基础上开始缓慢减小到零 解析 s接通的瞬间 l支路中电流从无到有发生变化 因此 l中产生的自感电动势阻碍电流增加 由于有铁芯 自感系数较大 对电流的阻碍作用也就很强 所以s接通的瞬间l中的电流非常小 即干路中的电流几乎全部流过la 所以la lb会同时亮 又由于l中电流很快稳定 感应电动势很快消失 l的阻值很快就变得很小 对la起到 短路 作用 因此 la便熄灭 这里电路的总电阻比刚接通时小 由恒定电流知识可知 lb会比以前更亮 断开s时 通过la的电流是在原电路中电流的基础上减小的 la亮度不可能超过lb原来亮度 答案 a 自感电路中电流大小变化的判断 在进行分析计算时 要注意 1 自感线圈的直流电阻为零 那么电路稳定时可认为线圈短路 2 在电流由零增大的瞬间可认为线圈断路 3 在线圈中产生自感电动势 自感电动势阻碍电流的变化 但 阻碍 不是 阻止 阻碍 实质上是 延缓 解析 待电路稳定后将s1断开 自感系数较大的线圈l产生自感电动势 与电灯a构成闭合电路 有电流通过a灯 方向为b a s2闭合将b灯和电阻r短路 b灯立即熄灭 故只有d正确 答案 d 辨易错疑难 自感现象中的图象问题 思路点拨 审题时要注意以下两点 1 结合题目叙述及u t图象将过程分为两个阶段 2 弄清电压uab的意义 即反映的是灯泡d两端的电压 解析 开关闭合时 由于线圈的自感阻碍作用 可看做电阻 线圈电阻逐渐减小 并联电路电阻逐渐减小 路端电压uab逐渐减小 开关闭合后再断开时 线圈的感应电流与原电流方向相同 形成回路 灯泡中的电流方向与原来相反 并逐渐减小到零 路端电压uab逐渐减小到零 uab为负值 a图象开关闭合时 uab增大 不符合题意 错误 b图象电压uab的变化规律符合题意 正确 c图象的电压uab先增大后减小 且方向不变 错误 d图象在两过程中电压uab始终为正 不正确 答案 b 解决此类问题关键要明确自感线圈的作用 是使其自身的电流不能突变 而是渐变的过程 解析 闭合开关s后 调整r 使两个灯泡l1 l2发光的亮度一样 电流为i 说明rl r 若t 时刻再闭合s 流过电感线圈l和灯泡l1的电流迅速增大 使电感线圈l产生自感电动势 阻碍了流过l1的电流i1增大 直至到达电流为i 故a错误 b正确 而对于t 时刻再闭合s 流过灯泡l2的电流i2立即达到电流为i 故c d错误 答案 b 练随堂演练 1 关于某一线圈的自感系数 下列说法中正确的是 a 线圈中电流变化越大 线圈的自感系数越大b 线圈中电流变化得越快 线圈的自感系数越大c 若线圈中通入恒定电流 线圈自感系数为零d 不管电流如何变化 线圈的自感系数不变 解析 自感系数只与线圈本身有关 而与其他因素无关 自感系数是由线圈的本身性质 线圈的长度 面积 单位长度上的匝数 和是否插入铁芯决定的 线圈的横截面积越大 线圈越长 单位长度上的匝数越多 它的自感系数就越大 有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯的大得多 自感系数与通入的电流 电流改变量 电流变化率等无关 故正确答案为d 答案 d 2 一个线圈的电流在均匀增大 则这个线圈的 a 自感系数也将均匀增大b 自感电动势也将均匀增大c 磁通量的变化率也将均匀增大d 自感系数 自感电动势都不变解析 自感系数是描述线圈本身特征的物理量 不随电流而变 电流均匀变化 则磁通量的变化率和自感电动势均不变 故d选项正确 答案 d 解析 由于采用了双线绕法 两根平行导线中的电流反向 它们的磁场相互抵消 不论导线中的电流如何变化 线圈中的磁通量始终为零 所以 消除了自感现象的影响 答案 c 4 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接通和断开时 灯泡a1和a2亮暗的顺序是 a 接通时a1先达到最亮 断开时a1后灭b 接通时a2先达到最亮 断开时a1后灭c 接通时a1先达到最亮 断开时a2先灭d 接通时a2先达到最亮 断开时a2先灭 解析 当开关s接通时 a1和a2同时亮 但由于自感现象的存在 流过线圈的