人教版(新教材)高中物理选择性必修2学案2：2 4互感和自感

人教版(新教材)高中物理选择性必修第二册PAGEPAGE12.4互感和自感〖学习目标〗1．了解互感现象及互感现象的应用，知道什么是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，认识自感电动势的作用，能够通过电磁感应的有关规律分析通电自感和断电自感现象。3．了解自感现象中自感电动势的作用，了解自感电动势的表达式E＝Leq\f(ΔI,Δt)，理解自感系数和自感系数的决定因素。4．通过对自感现象的研究，了解磁场的能量。〖自主学习〗知识点一互感现象〖新知导入〗如图所示，两个线圈A、B之间并没有导线相连，线圈A与手机(或MP3等)的音频输出端连接，线圈B与扩音器的输入端连接。把线圈A插入线圈B时就能在扩音器上听见由手机输出的声音，这是为什么？〖知识梳理〗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的现象。产生的电动势叫作互感电动势。2．应用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈。变压器、收音机的“磁性天线”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。在电力工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作。〖小试牛刀〗1．判断正误。(1)两线圈相距较近时，可以产生互感现象；相距较远时，不产生互感现象。()(2)在实际生活中，有的互感现象是有害的，有的互感现象可以利用。()(3)只有闭合的回路才能产生互感。()(4)变压器是利用互感现象制成的。()2．如图所示，在同一铁芯上绕着两个线圈A、B，单刀双掷开关原来接“1”，现在把它从“1”扳向“2”，则在此过程中，电阻R中的电流方向是()A．先由P→Q，再由Q→P B．先由Q→P，再由P→QC．始终由Q→P D．始终由P→Q知识点二自感现象自感系数〖新知导入〗如图所示，无轨电车在行驶过程中，由于车身颠簸，车顶上的集电弓瞬间脱离电网线，这时可以观察到有电火花闪现。你知道产生电火花的原因吗？〖知识梳理〗1．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它本身激发出感应电动势的现象。2．自感电动势由于自感而产生的感应电动势。3．自感电动势的大小E＝Leq\f(ΔI,Δt)，其中L是自感系数，简称自感或电感，单位：亨利，符号为H。4．自感系数大小的决定因素自感系数与线圈的大小、形状、匝数，以及是否有铁芯等因素有关。〖小试牛刀〗1．判断正误。(1)线圈的自感系数与电流大小无关，与电流的变化率有关。()(2)线圈自感电动势的大小与自感系数L有关，反过来，L与自感电动势也有关。()(3)线圈中电流最大的瞬间可能没有自感电动势。()(4)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。()2．在如图所示的电路中，A、B是两个相同的小灯泡。L是一个带铁芯的线圈，其电阻可忽略不计。调节R，电路稳定时两小灯泡都正常发光，则()A．合上开关时，A、B两灯同时正常发光；断开开关时，A、B两灯同时熄灭B．合上开关时，B灯比A灯先达到正常发光状态C．断开开关时，A、B两灯都不会立即熄灭，通过A、B两灯的电流方向都与原电流方向相同D．断开开关时，A灯会突然闪亮一下后再熄灭知识点三磁场的能量〖新知导入〗断电自感现象中，在断开开关后，灯泡仍然亮一会，是否违背能量守恒定律？〖知识梳理〗1．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。2．电的“惯性”自感电动势有阻碍线圈中电流变化的“惯性”。〖小试牛刀〗1．判断正误。(1)有电流的线圈能量储存在磁场中。()(2)断电自感中，灯泡的能量来源于磁场。()(3)通电自感中，电源把能量输送给磁场。()(4)线圈的自感系数越大，自感现象越明显，线圈能够体现电的“惯性”。()2．一种延时继电器的示意图如图所示。铁芯上有两个线圈A和B。线圈A跟电源连接，线圈B两端连在一起，构成一个闭合电路。在断开开关S的时候，弹簧K并不会立刻将衔铁D拉起而使触头C(连接工作电路)离开，而是经过一小段时间后才执行这个动作。延时继电器就是因此而得名的。请解释：当开关S断开后，弹簧K为何不会立即将衔铁拉起。〖课堂探究〗一、对通电自感的理解探究1：如图所示，两个灯泡A1、A2规格相同，实验前先闭合开关S，调节电阻R2，使两个灯的亮度相同，再调节可变电阻R1，使它们都正常发光，然后断开开关S。重新接通电路，在闭合开关后，观察到两个灯泡的发光情况是怎样的？〖要点归纳〗1．通电瞬间自感线圈处相当于断路。2．接通瞬间，电路中的电流要增大，线圈产生自感电动势的方向与原电流的方向相反，阻碍电流的增大，使电流逐渐增大到稳定状态。3．稳定时自感线圈相当于电阻(若线圈无电阻，则相当于导线)。例1如图所示，灯L1、L2完全相同，带铁芯的线圈L的电阻可忽略，则()A．S闭合的瞬间，L1、L2同时发光，接着L1变暗，L2变亮，最后L1熄灭B．S闭合瞬间，L1不亮，L2立即变亮C．S闭合瞬间，L1、L2都不立即变亮D．稳定后再断开S的瞬间，L2熄灭，L1比L2(原先亮度)更亮规律方法(1)当流过线圈的电流从零开始增大，也可理解为线圈的电阻由无穷大逐渐减小到零。(2)当流过线圈中的电流稳定后，线圈相当于导线；如果线圈对电流有阻碍作用，则相当于纯电阻。二、对断电自感的理解探究2：如图所示为演示断电自感的电路，先闭合开关使灯泡发光，然后断开开关。为什么灯泡A不立即熄灭？〖要点归纳〗1．对断电自感的理解(1)如图所示，当电流处于稳定状态时，流过L的电流I1＝eq\f(E,r)(电源内阻不计)，方向由a→b，流过灯泡的电流I2＝eq\f(E,R)。断开S的瞬间，I2立即消失，而由于线圈的自感，I1不会马上消失，线圈力图维持I1的存在，所以线圈上产生一个b端为正、a端为负的自感电动势，与灯泡组成abcd回路，此时流过灯泡的电流则由I2变成I1，方向由d→c变成c→d。可见通过灯泡的电流大小与方向都发生了变化。(2)灯泡中的电流是否增大一下再减小(也就是灯泡是否闪亮一下再熄灭)，取决于I2与I1谁大谁小，也就是取决于R和r谁大谁小。①如果R>r，就有I1>I2，灯泡会先闪亮一下再渐渐熄灭。②如果R＝r，灯泡会由原来亮度渐渐熄灭。③如果R<r，灯泡会先立即暗一些，然后渐渐熄灭。2．对通电自感和断电自感问题的三点理解(1)通电时线圈产生的自感电动势阻碍电流的增加且与原电流方向相反。(2)断电时线圈产生的自感电动势与原来线圈中的电流方向相同，且在与线圈串联的回路中，线圈相当于电源，它提供的电流大小从原来的值逐渐变小。(3)自感电动势只是延缓了电流的变化,但它不能阻止原电流的变化,更不能使原电流反向。3．自感现象的“三种状态”“一个特点”(1)三种状态：①线圈通电瞬间可把线圈看成断路；②断电时自感线圈相当于电源；③电流稳定后，自感线圈相当于导体电阻，理想线圈电阻为零，相当于短路。(2)一个特点：在发生自感现象时，电流不发生“突变”。例2图1和图2是演示自感现象的两个电路图，L1和L2为电感线圈。实验时，图1中断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗；图2中闭合开关S2，灯A2逐渐变亮，而另一个相同的灯A3立即变亮，最终A2与A3的亮度相同。下列说法正确的是()A．图1中，A1与L1的电阻值相同B．图1中，闭合S1，电路稳定后，A1中电流大于L1中电流C．图2中，滑动变阻器R与L2的电阻值相同D．图2中，闭合S2瞬间，L2中电流与滑动变阻器R中电流相等规律方法自感现象的分析思路(1)明确通过自感线圈的电流的变化情况(增大还是减小)。(2)根据楞次定律，判断自感电动势的方向。(3)分析线圈中电流的变化情况，电流增强时(如通电时)，由于自感电动势方向与原电流方向相反，阻碍电流增加，因此电流逐渐增大；电流减小时(如断电时)，线圈中电流逐渐减小，不能发生突变。(4)明确电路中元件与自感线圈的连接方式，若元件与自感线圈串联，元件中的电流与线圈中电流有相同的变化规律；若元件与自感线圈并联，元件上的电压与线圈上的电压有相同的变化规律；若元件与自感线圈构成临时回路，元件成为自感线圈的临时外电路，元件中的电流大小与线圈中电流大小有相同的变化规律。

▁▃▅▇█参*考*答*案█▇▅▃▁〖自主学习〗知识点一互感现象〖新知导入〗利用电磁感应把能量从一个线圈传递到另一个线圈。〖小试牛刀〗1．×√×√2．〖答案〗A〖解析〗由于A线圈磁场变化，使B线圈产生感应电流，这就是互感。将开关由1扳到2的过程中，分两个阶段来分析电阻R上的电流方向。第一个阶段，在开关和1断开过程中，线圈A中电流沿原方向减小到零，线圈A的磁场自右向左并且也跟着减弱，导致穿过线圈B的磁通量减少。由楞次定律知，线圈B中会产生右上左下的感应电流，即流过电阻R的电流方向是由P→Q；第二个阶段，在开关和2相接的过程中，线圈A中电流由零沿原方向增大，线圈A的磁场自右向左并且也跟着增强，导致穿过线圈B的磁通量增加。由楞次定律知，线圈B中会产生左上右下的感应电流，即通过电阻R的电流方向是由Q→P。综上分析可知，全过程中流过电阻R的电流方向先是由P→Q，然后是由Q→P，所以A正确。知识点二自感现象自感系数〖新知导入〗集电弓脱离电网线的瞬间电流减小，由于自感产生的自感电动势很大，在集电弓与电网线的空隙处产生电火花。〖小试牛刀〗1．××√×2．〖答案〗B〖解析〗合上开关时，B灯立即正常发光，A灯所在的支路中，由于L产生的自感电动势阻碍电流的增大，A灯将延后一些时间才能达到正常发光状态，故选项A错误，B正确；断开开关时，L中产生与原电流方向相同的自感电流，流过A灯的电流方向与原电流方向相同，流过B灯的电流方向与原电流方向相反，选项C错误；因为断开开关后，由L作为电源提供的电流是从原来稳定时通过L的电流值逐渐减小的，所以A、B两灯只是延缓一些时间熄灭，并不会比原来更亮，选项D错误。知识点三磁场的能量〖新知导入〗不违背。断电时，储存在线圈内的磁场能转化为电能，用以维持回路保持一定时间的电流，直到电流为零时，磁场能全部转化为电能并通过灯泡(或电阻)转化为内能，可见自感现象遵循能量守恒定律。〖小试牛刀〗1．√√√√2．〖答案〗当开关S断开后，线圈A中的电流减小并消失时，穿过线圈B的磁通量减小，因而在线圈B中将产生感应电流，根据楞次定律，感应电流的磁场要阻碍原磁场的减小，这样就使铁芯中磁场减弱得慢些，即在开关S断开后一小段时间内，铁芯中还有逐渐减弱的磁场，这个磁场对衔铁D依然有力的作用，因此，弹簧K不能立即将衔铁拉起。〖课堂探究〗探究1：A2立即发光，A1比A2亮得晚，但最终一样正常发光。例1〖答案〗A〖解析〗S接通的瞬间，线圈L支路中电流从无到有发生变化，因此，线圈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较强，所以S接通的瞬间线圈L中的电流非常小，即干路中的电流几乎全部流过L1、L2，所以L1、L2会同时亮。又由于线圈L中电流很快稳定，感应电动势很快消失，L的阻值可忽略，对L1起到“短路”作用，因此，L1熄灭。这时电路的总电阻比刚接通时小，由恒定电流知识可知，L2会比以前更亮。稳定后再断开S的瞬间，L2立即熄灭，L1由于线圈产生感应电动势而亮一下再熄灭，断开S前流过线圈L的电流和流过灯L2的电流相同，所以断开S时，L1与L2断开前的亮度一样，故A正确，B、C、D错误。探究2：电源断开时，A中由电源提供的电流瞬间变为零，而通过线圈L的电流减小，线圈中会产生自感电动势，且线圈L与灯泡A构成闭合回路，线圈L对A进行供电，所以灯泡A