物理人教版高中选择性必修二（2019年新编）2-4互感和自感 课件

第4节互感和自感第二章电磁感应知识点互感现象互感现象：如图所示电路中，两个线圈之间并没有导线相连，但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，这种现象叫做互感现象．1新知探究知识点互感现象互感电动势：在互感现象中产生的电动势叫做互感电动势．1新知探究知识点互感现象对互感的三点理解(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．1新知探究知识点自感现象自感现象当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场在自身线圈中激发出感应电动势的现象．2新知探究知识点自感现象自感电动势(1)定义：由于自身电流发生变化而产生的感应电动势．(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．③自感电动势的作用：阻碍原电流的变化，起到推迟电流变化的作用．2新知探究知识点自感现象通电自感和断电自感(1)通电自感和断电自感的比较2新知探究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A1逐渐地亮起来阻碍电流的增大断电自感断开开关的瞬间，灯泡A逐渐变暗，直到熄灭阻碍电流的减少知识点自感现象通电自感和断电自感(2)自感现象中，灯泡亮度变化的问题分析通断电灯泡亮度变化问题，关键要搞清楚电路的连接情况，根据电路特点进行具体分析.2新知探究与线圈串联的灯泡与线圈并联的灯泡电路图知识点自感现象通电自感和断电自感2新知探究与线圈串联的灯泡与线圈并联的灯泡通电时电流逐渐增大，灯泡逐渐变亮电流I1突然变大，然后逐渐减小达到稳定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、I2①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗②若I2＞I1，灯泡闪亮一下后逐渐变暗，两种情况灯泡电流方向均改变知识点自感现象自感电动势的大小2新知探究知识点自感现象2新知探究有的同学误认为线圈对变化电流的阻碍作用与对稳定电流的阻碍作用相同辨析：(1)两种阻碍作用产生的原因不同线圈对稳定电流的阻碍作用，是由绕制线圈的导线的电阻决定的，对稳定电流阻碍作用产生的原因，是金属对定向运动电子的阻碍作用，具体可用金属导电理论理解．知识点自感现象2新知探究线圈对变化电流的阻碍作用，是由线圈的自感现象引起的，当通过线圈中的电流变化时，穿过线圈的磁通量发生变化，产生自感电动势，阻碍电流的变化．知识点自感现象2新知探究线圈对变化电流的阻碍作用越大，电流变化得越慢．总之，稳态电阻决定了电流所能达到的稳定值，对变化电流的阻碍作用决定了要达到稳定值所需的时间．这种阻碍作用并没有将电能转化成热能．知识点自感现象2新知探究(1)自感电动势阻碍自身电流的变化，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．(3)电流减小时，自感线圈中电流大小一定小于原先所通电流大小，自感电动势可能大于原电源电动势．知识点自感系数大小：线圈的长度越长，线圈的横截面积越大，单位长度上的匝数越多，线圈的自感系数就越大，线圈有铁芯比无铁芯时自感系数大得多．3新知探究知识点自感系数单位：亨利(符号H)，1H＝103mH＝106μH.物理意义：表征线圈产生自感电动势本领大小的物理量，数值上等于通过线圈的电流在1s内改变1A时产生的自感电动势的大小．3新知探究知识点自感现象【例题1】如图所示,线圈的自感系数很大,直流电阻为零,电阻R>RL,在开关S断开后,灯泡明暗情况如何变化?点拨:S断开前灯泡中的电流由电源提供,S断开后由于自感现象,线圈相当于电源对灯泡供电。2新知探究知识点自感现象解析:当S断开后,原来电源提供的电流I2立即消失,但自感线圈贮存的磁场能释放转化成电能通过小灯泡。通过自感线圈的电流I1由于自感的作用,在电路切断后是逐渐衰减的,因而S断开后通过灯泡的电流由I1逐渐减小到零。因为R>RL,所以I1<I2,即小灯泡在熄灭前不会比原来更亮。答案:小灯泡逐渐变暗直至熄灭。题后反思判断小灯泡的明暗变化情况,也就是比较条件变化前后通过小灯泡中电流的变化情况。2新知探究知识点自感现象触类旁通例题1中若R<RL,开关S断开后,灯泡明暗情况如何变化?答案:小灯泡闪亮一下再逐渐变暗直至熄灭。这是因为开关断开后,通过灯泡的电流由I1逐渐减小至零,而断开前,I1>I2。2新知探究知识点自感现象2新知探究【例题2】如图所示,多匝线圈L的电阻和电池内阻不计,两个电阻的阻值都是R,开关S原来是断开的,电流电阻短路，线圈有自感电动势产生，这一电动势（）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知识点自感现象2新知探究解析:开关S由断开到闭合,回路的电流要增大,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自感电动势,因此要阻碍原电流的增加。但阻碍不是阻止,电流仍要增大,因而达到稳定后,其电流为2I0。选项D正确。答案:D知识点自感现象2新知探究【例题3】在制作精密电阻时,为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象,采用双线并绕的方法,如图所示。其道理是()A.当电路中的电流变化时,两股导线产生的自感电动势相互抵消B.当电路中的电流变化时,两股导线产生的感应电流相互抵消C.当电路中的电流变化时,两股导线中原电流的磁通量相互抵消D.以上说法都不对知识点自感现象2新知探究解析:由于采用双线并绕的方法,当电流通过时,两股导线中的电流方向是相反的,不管电流怎样变化,任何时刻两股电流总是等大反向的,所产生的磁通量也是等大反向的,故总磁通量等于零,在该线圈中不会产生电磁感应现象,因此消除了自感,选项A、B错误,只有C正确。答案:C题后反思只要我们掌握了自感现象的产生条件,就可以根据需要对自感现象进行应用或加以防止。知识点自感现象2新知探究【例题4】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2A,流过灯泡的电流是1A。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()知识点自感现象2新知探究解析:开关S断开前,通过灯泡D的电流是稳定的,其值为1A。开关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,使线圈中的电流从原来的2A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,选项D对。答案:D知识点磁场的能量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，电源的能量输送给磁场，储存在磁场中．(2)线圈中电流减小时：磁场中的能量释放出来转化为电能．电的“惯性”自感电动势有阻碍线圈中电流变化的“惯性”.4新知探究知识点磁场的能量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，电源的能量输送给磁场，储存在磁场中．(2)线圈中电流减小时：磁场中的能量释放出来转化为电能．电的“惯性”自感电动势有阻碍线圈中电流变化的“惯性”.4新知探究1．关于线圈的自感系数、自感电动势的下列说法中正确的是（）A．线圈中电流变化越大，线圈自感系数越大B．对于某一线圈，自感电动势正比于电流的变化量C．一个线圈的电流均匀增大，这个线圈的自感系数、自感电动势都不变D．自感电动势总与原电流方向相反课堂训练【答案】C【详解】线圈的自感系数由线圈本身的特性决定，所以A错误；线圈的自感电动势与线圈的自感系数以及电流的变化率成正比，与电流的变化量无关，所以B错误；线圈的自感系数由线圈本身的特性决定，所以线圈的自感系数不变，线圈电流均匀增大，即电流的变化率不变，所以线圈自感电动势不变，所以C正确；课堂训练【答案】C【详解】当原电流增大时，会产生反方向的自感电流来阻碍电流的增大，此时自感电动势的方向与原电流相反，当原电流减小时，会产生同方向的自感电流来阻碍电流的减小，此时自感电动势与原电流方向相反，所以D错误。故选C。课堂训练2．在制作精密电阻时，为了清除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象，采用双线并绕的方法，如图所示。其原理是（）A．当电路中的电流变化时，两股导线产生的自感电动势相互抵消B．当电路中的电流变化时，两股导线产生的感应电流相互抵消C．当电路中的电流变化时，两股导线中原电流的磁通量相互抵消D．以上说法都不对课堂训练【答案】C【详解】两个线圈中的电流大小相等，线圈匝数相等，并且铁芯相同，所以每个线圈产生的磁感应强度相同，由于两个线圈的绕向相同，但电流相反，所以其磁场方向相反，相互抵消，所以螺线管内没有磁场，两股导线中原电流的磁通量相互抵消。故选C。课堂训练3．在研究自感现象的实验中，用两个完全相同的灯泡a、b与自感系数很大的线圈L和定值电阻R组成如图所示的电路（线圈的直流电阻可忽略，电源的内阻不能忽略），关于这个实验下面说法中正确的是（）A．闭合开关的瞬间，a、b一起亮，然后a熄灭B．闭合开关的瞬间，b比a先亮，然后b逐渐变暗C．闭合开关，待电路稳定后断开开关，b逐渐变暗，a闪亮一下然后逐渐变暗D．闭合开关，待电路稳定后断开开关，a、b灯中的电流方向均为从左向右课堂训练【答案】B【详解】AB．闭合开关的瞬间，线圈中产生很大的自感电动势，阻碍电流的通过，故b立即亮，a逐渐变亮。随着a中的电流逐渐变大，流过电源的电流也逐渐变大，路端电压逐渐变小，故b逐渐变暗，故A错误，B正确；C．电路稳定后断开开关，线圈相当于电源，对a、b供电，回路中的电流在原来通过a的电流的基础上逐渐变小，故a逐渐变暗，b闪亮一下然后逐渐变暗，故C错误；D．断开开关后，线圈中的自感电流从左向右，a灯中电流从左向右，b灯中电流从右向左，故D错误；故选B。课堂训练4．手机无线充电是比较新颖的充电方式。如图所示，电磁感应式无线充电的原理与变压器类似，通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量。当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后，就会在邻近的受电线圈中感应出电流，最终实现为手机电池充电。在充电过程中（）课堂训练A．送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化B．受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变C．送电线圈和受电线圈无法通过互感现象实现能量传递D．手机和基座无需导线连接，这样传递能量没有损失课堂训练【答案】A【详解】A．由于送电线圈中通入正弦式交变电流，根据麦克斯韦理论可知送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化，故A正确；B．周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，所以受电线圈中感应电流仍是正弦交流电，产生的磁场也是周期性变化的，故B错误；C．无线充电利用的是电磁感应原理，所以送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递，故C错误；D．无线充电器的优点之一是不用传统的充电线连接到需要充电的终端设备上的充电器，但充电过程中仍有电能量损失，故D错误。故选A。课堂训练5．某次实验的实物连线如图所示，电源内阻忽略不计，线圈的直流电阻与小灯泡的直流电阻相等，闭合电键稳定后，小灯泡正常发光。断开电键的瞬间，下列说法正确的是（）A．小灯泡突然