2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理選擇性必修2 第2章電磁感應(yīng)第4節(jié)自感和互感(3)課件

1、自感和互感1.互感和互感電動勢：兩個相互靠近的線圈,當(dāng)一個線圈中的 時,它所產(chǎn)生的 會在另一個線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,這種現(xiàn)象叫互感,這種感應(yīng)電動勢叫做 .2.應(yīng)用：利用互感現(xiàn)象可以把能量由一個線圈傳遞到 ,如變壓器就是利用 制成的.3.危害：互感現(xiàn)象能發(fā)生在任何兩個 的電路之間.在電力工程和電子電路中,互感現(xiàn)象有時會影響電路的正常工作.一、互感現(xiàn)象電流變化變化的磁場互感電動勢另一個線圈互感現(xiàn)象相互靠近當(dāng)一個線圈中的電流 時,它產(chǎn)生的 的磁場不僅在鄰近的電路中激發(fā)出感應(yīng)電動勢,同樣也在它 激發(fā)出感應(yīng)電動勢,這種現(xiàn)象稱為自感.由于自感而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫做 .二、自感現(xiàn)象變化變化本身自感電動勢1.

2、自感電動勢：E ,其中 是 ；L是 ,簡稱自感或電感.單位： ,符號： .2.自感系數(shù)與線圈的 、 、 ,以及是否有 等因素有關(guān).三、自感電動勢與自感系數(shù)電流的變化率自感系數(shù)亨利H大小形狀圈數(shù)鐵芯1.線圈中電流從無到有時,磁場從無到有,電源把能量輸送給 ,儲存在_中.2.線圈中電流減小時, 中的能量釋放出來轉(zhuǎn)化為電能.四、自感現(xiàn)象中磁場的能量磁場磁場磁場1.判斷下列說法的正誤.(1)兩個線圈相距較近時,可以產(chǎn)生互感現(xiàn)象,相距較遠時,不產(chǎn)生互感現(xiàn)象.()(2)自感現(xiàn)象中,感應(yīng)電流一定與原電流方向相反.()(3)線圈的自感系數(shù)與電流大小無關(guān),與電流的變化率有關(guān).()(4)線圈中電流最大的瞬間可能沒

3、有自感電動勢.()2.如圖1所示,電路中電源內(nèi)阻不能忽略,L的自感系數(shù)很大,其直流電阻忽略不計,A、B為兩個完全相同的燈泡,當(dāng)S閉合時,A燈_變亮,B燈_變亮.當(dāng)S斷開時,A燈_熄滅,B燈_熄滅.(選填“立即”或“緩慢”)圖1緩慢立即緩慢緩慢一、互感現(xiàn)象1.當(dāng)一個線圈中的電流變化時,它產(chǎn)生的磁場就發(fā)生變化,變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生感生電場,在感生電場的作用下,另一個線圈中的自由電荷定向運動,于是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢.2.一個線圈中電流變化越快(電流的變化率越大),另一個線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大.例1(多選)目前無線電力傳輸已經(jīng)比較成熟,如圖2所示為一種非接觸式電源供應(yīng)系統(tǒng).這種系統(tǒng)基于電磁感應(yīng)原理

4、可無線傳輸電力,兩個感應(yīng)線圈可以放置在左右相鄰或上下相對的位置,原理示意圖如圖所示.利用這一原理,可以實現(xiàn)對手機進行無線充電.下列說法正確的是圖2A.若A線圈中輸入電流,B線圈中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢B.只有A線圈中輸入變化的電流,B線圈中才會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢C.A中電流越大,B中感應(yīng)電動勢越大D.A中電流變化越快,B中感應(yīng)電動勢越大解析根據(jù)感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件,若A線圈中輸入恒定的電流,則A產(chǎn)生恒定的磁場,B中的磁通量不發(fā)生變化,B線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,故A錯誤；A線圈中電流變化越快,A線圈中電流產(chǎn)生的磁場變化越快,B線圈中感應(yīng)電動勢越大,故C錯誤,D正確.二、通電自感現(xiàn)象1.認識通電時的自感現(xiàn)

5、象如圖3所示,先閉合S,調(diào)節(jié)R2使A1、A2的亮度相同,再調(diào)節(jié)R1,使A1、A2都正常發(fā)光,然后斷開S.再次閉合S.現(xiàn)象：燈泡A2立即發(fā)光,燈泡A1逐漸亮起來.原因：電路接通時,電流由零開始增加,穿過線圈L的磁通量逐漸增加,為了阻礙磁通量的增加,感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通量與原來電流產(chǎn)生的磁通量方向相反,則線圈中感應(yīng)電動勢的方向與原來的電流方向相反,阻礙了L中電流的增加,即推遲了電流達到穩(wěn)定值的時間.圖32.對通電自感的理解(1)通電瞬間自感線圈處相當(dāng)于斷路.(2)當(dāng)線圈中的電流增大時,自感電動勢的方向與原電流的方向相反,阻礙電流的增大,使電流從零逐漸增大到穩(wěn)定值,但不能阻止電流的增大.(3)電流穩(wěn)定

6、時自感線圈相當(dāng)于導(dǎo)體(若直流電阻為零,相當(dāng)于導(dǎo)線).例2如圖4所示,電路中電源的內(nèi)阻不能忽略,電阻R的阻值和線圈L的自感系數(shù)都很大,A、B為兩個完全相同的燈泡,當(dāng)S閉合時,下列說法正確的是(線圈L的直流電阻較小)A.A比B先亮,然后A滅B.B比A先亮,然后B逐漸變暗C.A、B一起亮,然后A滅D.A、B一起亮,然后B滅解析S閉合時,由于與A燈串聯(lián)的線圈L的自感系數(shù)很大,故在線圈上產(chǎn)生很大的自感電動勢,阻礙電流的增大,所以B比A先亮,穩(wěn)定后,流過B燈支路的電流變小,所以B燈逐漸變暗,故B正確.圖4三、斷電自感現(xiàn)象1.認識斷電時的自感現(xiàn)象如圖5所示,L為自感系數(shù)較大的線圈,其直流電阻比燈泡的電阻小,

7、先閉合開關(guān)使燈泡發(fā)光,然后斷開開關(guān).現(xiàn)象：燈泡A閃亮一下再熄滅解釋：在開關(guān)斷開后燈泡閃亮一下的原因是燈泡斷電后自感線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流比開關(guān)斷開前流過燈泡的電流大.要想使燈泡閃亮一下再熄滅,就必須使自感線圈的電阻小于與之并聯(lián)的燈泡的電阻.而當(dāng)線圈電阻大于或等于燈泡的電阻時,燈泡就會緩慢變暗直至熄滅.圖52.對斷電自感的理解(1)當(dāng)線圈中的電流減小時,自感電動勢的方向與原電流方向相同；(2)斷電自感中,由于自感電動勢的作用,線圈中電流從原值逐漸減小.若斷開開關(guān)瞬間通過燈泡的電流大于斷開開關(guān)前的電流,燈泡會閃亮一下；若斷開開關(guān)瞬間通過燈泡的電流小于或等于斷開開關(guān)前的電流,燈泡不會閃亮一下,而是逐漸

8、變暗直至熄滅.(3)自感電動勢總是阻礙線圈中電流的變化,但不能阻止線圈中電流的變化.例3如圖6所示,開關(guān)S處于閉合狀態(tài),小燈泡A和B均正常發(fā)光,小燈泡A的電阻大于線圈L的電阻,現(xiàn)斷開開關(guān)S,以下說法正確的是A.小燈泡A越來越暗,直到熄滅B.小燈泡B越來越暗,直到熄滅C.線圈L中的電流會立即消失D.線圈L中的電流過一會再消失,且方向向右解析S斷開瞬間,B立即熄滅.由于小燈泡A的電阻大于線圈L的電阻,所以S斷開前線圈的電流大于小燈泡A中的電流.S斷開瞬間,線圈中的電流由原電流逐漸減小,導(dǎo)致線圈中出現(xiàn)感應(yīng)電動勢從而阻礙電流的減小,即線圈L中的電流過一會再消失,且方向向右,因L和A組成新的回路,電流由

9、原線圈中的電流逐漸減小,所以A先亮一下,然后慢慢熄滅,故D正確.圖6學(xué)科素養(yǎng)通過例2和例3,進一步加深對通電自感現(xiàn)象和斷電自感現(xiàn)象的理解,知道通電、斷電瞬間,自感線圈中的電動勢阻礙原電流的變化,但阻止不了原電流的變化,且原電流不能發(fā)生突變.運用電磁感應(yīng)知識解釋自感現(xiàn)象,這很好地體現(xiàn)了“科學(xué)思維”的學(xué)科素養(yǎng).四、自感現(xiàn)象中的圖象問題例4如圖7所示的電路中,開關(guān)S閉合且穩(wěn)定后流過電感線圈的電流是2 A,流過燈泡的電流是1 A,現(xiàn)將開關(guān)S突然斷開,開關(guān)S斷開前后,能正確反映流過燈泡的電流i隨時間t變化關(guān)系的圖象是圖7解析開關(guān)S斷開前,通過燈泡D的電流是穩(wěn)定的,其值為1 A.開關(guān)S斷開瞬間,自感線圈的

10、支路由于自感現(xiàn)象會產(chǎn)生與線圈中原電流方向相同的自感電動勢,使線圈中的電流從原來的2 A逐漸減小,方向不變,且與燈泡D構(gòu)成回路,通過燈泡D的電流和線圈L中的電流相同,也應(yīng)該是從2 A逐漸減小到零,但是方向與原來通過燈泡D的電流方向相反,D對.提示要注意斷電前后,無線圈的支路電流方向是否變化.1.(對自感電動勢的理解)關(guān)于線圈中自感電動勢的大小,下列說法中正確的是A.電感一定時,電流變化越大,自感電動勢越大B.電感一定時,電流變化越快,自感電動勢越大C.通過線圈的電流為零的瞬間,自感電動勢為零D.通過線圈的電流為最大值的瞬間,自感電動勢最大線圈中電流為零時,電流的變化率不一定為零,自感電動勢不一定

11、為零,故C錯；當(dāng)通過線圈的電流最大時,若電流的變化率為零,自感電動勢為零,故D錯.12342.(對互感現(xiàn)象的理解)(多選)如圖8所示,是一種延時裝置的原理圖,當(dāng)S1閉合時,電磁鐵F將銜鐵D吸下,C線路接通；當(dāng)S1斷開時,由于電磁感應(yīng)作用,D將延遲一段時間才被釋放.則A.由于A線圈的電磁感應(yīng)作用,才產(chǎn)生延時釋放D的作用B.由于B線圈的電磁感應(yīng)作用,才產(chǎn)生延時釋放D的作用C.如果斷開B線圈的開關(guān)S2,無延時作用D.如果斷開B線圈的開關(guān)S2,延時將變化圖8解析線圈A中的磁場隨開關(guān)S1的閉合而產(chǎn)生,隨S1的斷開而消失.當(dāng)S1閉合時,線圈A中的磁場穿過線圈B,當(dāng)S2閉合,S1斷開時,線圈A在線圈B中的磁

12、場變?nèi)?線圈B中有感應(yīng)電流,能夠繼續(xù)吸引D而起到延時的作用,所以B正確,A錯誤；若S2斷開,線圈B中不產(chǎn)生感應(yīng)電流而起不到延時作用,所以C正確,D錯誤.12343.(對自感現(xiàn)象的理解)(多選)如圖9所示電路,自感線圈L的自感系數(shù)足夠大,其直流電阻忽略不計,LA、LB是兩個相同的燈泡,則圖9A.S閉合瞬間,LA不亮,LB很亮B.S閉合瞬間,LA、LB同時亮,然后LA逐漸變暗到熄滅,LB變得更亮C.S斷開瞬間,LA閃亮一下才熄滅,LB立即熄滅D.S斷開瞬間,LA、LB立即熄滅12344.(自感現(xiàn)象的圖象問題)在如圖10所示的電路中,L是一個自感系數(shù)很大、直流電阻不計的線圈,D1、D2和D3是三個完全相同的燈泡,E是內(nèi)阻不計的電源.在t0時刻,閉合開關(guān)S,電路穩(wěn)定后在t1時刻斷開開關(guān)S.規(guī)定以電路穩(wěn)定時流過D1、D2的電流方向為正方向,分別用I1、I2表示流過D1和D2的電流,則下列圖象中能定性描述電流I