人教版(新教材)高中物理選擇性必修2教學(xué)設(shè)計(jì)5：2 4互感和自感教案

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊(cè)PAGEPAGE12.4互感和自感〖教學(xué)目標(biāo)〗物理觀念：通過互感、自感及自感電動(dòng)勢(shì)等概念的提出，體會(huì)物理概念的產(chǎn)生過程。科學(xué)思維：認(rèn)識(shí)互感和自感是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩種現(xiàn)象，感悟特殊現(xiàn)象中有它的普遍規(guī)律，而普遍規(guī)律中包含了特殊現(xiàn)象的辯證唯物主義觀點(diǎn)?？茖W(xué)探究：知道自感電動(dòng)勢(shì)大小受到哪些因素影響?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過互感和自感現(xiàn)象在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，體會(huì)科學(xué)對(duì)社會(huì)發(fā)展的推動(dòng)作用?！冀虒W(xué)重點(diǎn)〗自感現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及特點(diǎn)?！冀虒W(xué)難點(diǎn)〗運(yùn)用自感知識(shí)解決實(shí)際問題?！冀虒W(xué)準(zhǔn)備〗多媒體課件、自感現(xiàn)象演示儀?！冀虒W(xué)過程〗一、新課引入兩個(gè)線圈A、B之間并沒有導(dǎo)線相連，線圈A與手機(jī)的音頻輸出端連接，線圈B與擴(kuò)音器的輸入端連接。把線圈A插入線圈B時(shí)就能在擴(kuò)音器上聽見由手機(jī)輸出的聲音，這是為什么?二、新課教學(xué)（一）互感現(xiàn)象就是互相有感覺，不過這有感覺可不是說人和人，而是電路跟電路之間的感覺。那么兩個(gè)電路之間怎么會(huì)有感覺呢？1.互感的定義法拉第是通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象。他把兩個(gè)線圈繞在同一個(gè)鐵芯上。閉合或者斷開左邊開關(guān)的瞬間，就可以通過這個(gè)電流表觀察到右邊的電路中產(chǎn)生了電流。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)電路之間并沒有直接相連，但當(dāng)一個(gè)電路中的電流發(fā)生變化時(shí)，它所產(chǎn)生的磁場也發(fā)生變化，會(huì)是另一個(gè)電路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，這種現(xiàn)象就叫做互感現(xiàn)象?；ジ鞋F(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫做互感電動(dòng)勢(shì)。2.互感的應(yīng)用利用感現(xiàn)象可以把電能從一個(gè)電路傳遞到另一個(gè)電路，因此它在電學(xué)技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。主要有以下幾個(gè)：①變壓器。它們的結(jié)構(gòu)是這個(gè)樣子，它有兩個(gè)線圈套在同一個(gè)鐵芯上，向其中一個(gè)線圈通入變化的電流時(shí)，在另一個(gè)線圈中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，對(duì)外供電。電能從一個(gè)線圈兒傳到了另一個(gè)線圈。②收音機(jī)。收音機(jī)中的磁性天線也是利用互感現(xiàn)象。把廣播電臺(tái)的信號(hào)從一個(gè)線圈傳遞到另一個(gè)線圈的。③無線充電等。3.互感的危害與防止影響互感的因素：兩個(gè)線圈的形狀，大小，匝數(shù)，有無鐵芯甚至相對(duì)位置，當(dāng)都會(huì)影響互感的大小。而且實(shí)際上互感現(xiàn)象不僅發(fā)生于繞在同一鐵芯上的兩個(gè)線圈之間，也可以發(fā)生在任何兩個(gè)相互靠近的電路之間。只是互感的這種相互作用會(huì)隨著兩個(gè)電路之間距離的增加而快速的減小。在電力工程中和電子電路中，互感現(xiàn)象有時(shí)會(huì)影響電路的正常工作，這時(shí)要設(shè)法減小電路間的互感。課堂練習(xí)例1：如圖甲所示，A、B兩絕緣金屬環(huán)套在同一鐵芯上，A環(huán)中電流iA隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示，下列說法中正確的是()A．t1時(shí)刻，兩環(huán)作用力最大B．t2和t3時(shí)刻，兩環(huán)相互吸引C．t2時(shí)刻兩環(huán)相互吸引，t3時(shí)刻兩環(huán)相互排斥D．t3和t4時(shí)刻，兩環(huán)相互吸引〖答案〗B〖解析〗t1時(shí)刻B中感應(yīng)電流為零，故兩環(huán)作用力為零，A錯(cuò)誤；t2和t3時(shí)刻A環(huán)中電流在減小，則B環(huán)中產(chǎn)生與A環(huán)中同向的電流，故相互吸引，B正確，C錯(cuò)誤，t4時(shí)刻A中電流為零，兩環(huán)無相互作用，D錯(cuò)誤。（二）自感現(xiàn)象如果某個(gè)電路中的電流發(fā)生變化，在它自身的回路中能不能也產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)呢？1.自感現(xiàn)象的定義當(dāng)一個(gè)線圈中的電流變化時(shí)，它所產(chǎn)生的變化的磁場在線圈本身激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這種現(xiàn)象稱為自感，由于自感而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫作自感電動(dòng)勢(shì)。演示實(shí)驗(yàn)1：觀察兩個(gè)燈泡的發(fā)光情況圖中A1和A2是兩個(gè)完全相同的小燈泡，R1和R是兩個(gè)滑動(dòng)變阻器用來調(diào)節(jié)電流。閉合開關(guān)之后，先調(diào)節(jié)R使兩個(gè)小燈泡一樣亮，再調(diào)節(jié)干路中的，R1使兩個(gè)燈都正常發(fā)光。然后斷開開關(guān)S，當(dāng)再閉合S時(shí)可以看到兩個(gè)燈泡點(diǎn)亮的情況是不一樣的？現(xiàn)象：A2立刻就正常發(fā)光了，但A1卻是逐漸變亮，延遲了一會(huì)兒才正常發(fā)光的。這是為什么呢？分析：這個(gè)支路中有一個(gè)電感，看來就是這個(gè)家伙造成了這些反常現(xiàn)象。在閉合開關(guān)的瞬間通過電感線圈的電流增加，使得穿過線圈的磁通量增大。由楞次定律此時(shí)在線圈中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與通入的電流方向相反的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻礙行程中的磁通量增大，也就是阻礙線圈中的電流達(dá)到正常值。所以與電感串聯(lián)的小燈泡不會(huì)立刻亮起來，而是隨著電流的增大逐漸亮起來。我們把這種自感現(xiàn)象稱為通電自感。演示實(shí)驗(yàn)2：觀察開關(guān)斷開時(shí)燈泡的亮度把小燈泡和一個(gè)電感并聯(lián)后，連入電路線閉合開關(guān)，使小燈泡正常發(fā)光。然后再斷開電路觀察燈泡亮度變化。現(xiàn)象：A燈并不是立即熄滅，而是先閃亮一下才熄滅。分析：在開關(guān)斷開前電感和燈泡中都會(huì)有向右的電流。當(dāng)開關(guān)斷開的瞬間，燈泡中由電源提供的電流立即消失，通過電感線圈的電流減弱，使得穿過線圈的磁通量也迅速減弱。根據(jù)楞次定律，此時(shí)線圈中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與原電流方向相同的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，阻礙線圈中的磁通量減小，也就是阻礙線圈中的電流減小。而這個(gè)電流只能通過小燈泡形成回路，所以小燈泡上的電流不是立刻變?yōu)榱?，而是逐漸減小到零。我們把這種自感現(xiàn)象稱為斷電自感。實(shí)驗(yàn)歸納這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)可以說明，當(dāng)線圈回路本身的電流發(fā)生變化時(shí)，回路中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，總是阻礙原電流的變化，即仍然遵循增反減同的規(guī)律。其實(shí)無論什么樣的電路，電流變化時(shí)都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，只是在沒有電感的電路中通常產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)太小，所以現(xiàn)象不明顯。但在剛才這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中由于有電感L的存在，使得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)很大，這些現(xiàn)象就很明顯。1.通電自感與斷電自感現(xiàn)象第一個(gè)實(shí)驗(yàn)有燈泡與電感串聯(lián)的電路，通電自感：A2立刻就正常發(fā)光，A1逐漸變亮。斷電自感：A1和A2緩慢熄滅第二個(gè)實(shí)驗(yàn)燈泡與電感串聯(lián)的電路，通電自感：A燈立刻就正常發(fā)光，隨后緩慢變暗，甚至熄滅。斷電自感：A燈緩慢熄滅你會(huì)看到與電感串聯(lián)的燈通電時(shí)受到影響，與它并聯(lián)的都會(huì)立刻發(fā)光。那么小燈泡什么時(shí)候會(huì)閃亮一下呢？2.斷電自感與小燈泡的閃亮斷開開關(guān)后，對(duì)電感線圈中儲(chǔ)存的能量逐漸釋放出來，轉(zhuǎn)化為了電能使得小燈泡沒有立即熄滅，所以小燈泡閃亮，小燈泡閃不閃亮，要看流過燈泡的電流大小的變化，閃亮說明說明電流大。如圖所示：現(xiàn)在電路中的電流變化進(jìn)行具體分析，假設(shè)流過電感的電流為IL，流過小燈泡的電流為IA。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，由于電感和小燈泡并聯(lián)，電感和小燈泡中的電流方向都是向右。在斷開開關(guān)的瞬間小燈泡中，原來從左到右的電流IA立即消失，而電感中的電流IL由于自感電動(dòng)勢(shì)的存在不會(huì)立即消失，也就是說此時(shí)通過電感的電流大小，方向都不會(huì)變化還是IL。同時(shí)由于開關(guān)斷開了電感和小燈泡構(gòu)成了新的回路，所以小燈泡內(nèi)的電流方向變?yōu)閺挠业阶?，大小也從IA突變成了IL。即如果IL>IA則小燈泡就會(huì)閃亮一下再熄滅。如果IL≤IA則小燈泡就會(huì)緩慢的熄滅。同樣的在如圖所示的這個(gè)電路中如果IL>IA2則A2就會(huì)閃亮一下再熄滅。如果IL≤IA2則A2就會(huì)緩慢的熄滅。由于A1與電感串聯(lián)電流相等，它不會(huì)閃亮。由此可見，小燈泡能不能閃亮取決于電感中的電流。4.通電自感與斷電自感的電流變化我們?cè)賮砜醋愿星昂蟮碾娏鞣较虻淖兓闆r。閉合開關(guān)后它的流過電感和燈泡的電流方向是這樣的，斷開開關(guān)后，根據(jù)前面的分析電流方向變?yōu)檫@樣。發(fā)現(xiàn)流過A1的電流與原來的相同，流過A2的電流與原來的相反。同樣的。開關(guān)閉合前后流過燈泡的電流是不一樣的?？偟膩碚f①斷電前線圈與燈泡串聯(lián)，則感應(yīng)電流與原來電流同向。②斷電前線圈與燈泡并聯(lián)，則感應(yīng)電流與原來電流反向。做一做：用電流傳感器顯示自感對(duì)電流的影響5.自感的應(yīng)用與防止如圖所示的電路中，當(dāng)電路穩(wěn)定后斷開開關(guān)的一瞬間，小燈泡會(huì)先閃亮一下，再逐漸熄滅。如果電感的電阻非常小，在斷開開關(guān)的瞬間，在短時(shí)間內(nèi)形成了很大的電流，那么閃亮的現(xiàn)象會(huì)更加明顯。發(fā)現(xiàn)了嗎，電感可以在電壓不太大的情況下，通過自感現(xiàn)象在瞬間產(chǎn)生巨大的電流。這在生活中有很重要的應(yīng)用。①應(yīng)用日光燈的鎮(zhèn)流器，就是利用這個(gè)原理來產(chǎn)生啟動(dòng)時(shí)所需要的高電壓的。再比如在無線電技術(shù)中，電感和電容組成振蕩電路，用來發(fā)射無線電波。②危害更多的時(shí)候，這么大自感電動(dòng)勢(shì)會(huì)造成很大的危害。像大型電動(dòng)機(jī)中的繞線組，大型變壓器的線圈等原件。它們的自感系數(shù)非常大，在切斷電路的瞬間會(huì)產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢(shì)，使開關(guān)附近的空氣被電離擊穿形成電弧。電弧會(huì)把開關(guān)燒壞，甚至引起火災(zāi)。③防止油浸開關(guān)：把開關(guān)放在絕緣性良好的油中防止空氣被擊穿。雙線繞法：電阻絲通常采用這樣的雙線繞法。當(dāng)電流流過電阻絲時(shí)，兩股電阻絲中的電流所產(chǎn)生的磁場相互抵消，就不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。課堂練習(xí)例2：L是自感系數(shù)很大的線圈，但其自身的電阻幾乎為0。A和B是兩個(gè)相同的小燈泡。(1)當(dāng)開關(guān)S由斷開變?yōu)殚]合時(shí)，A、B兩個(gè)燈泡的亮度將如何變化?(2)當(dāng)開關(guān)S由閉合變?yōu)閿嚅_時(shí)，A、B兩個(gè)燈泡的亮度又將如何變化?〖解析〗(1)當(dāng)開關(guān)由斷開變?yōu)殚]合時(shí)，兩燈立即有電壓，同時(shí)發(fā)光，由于線圈的電阻很小，B燈被線圈短路，由亮變?yōu)樽儼抵钡讲涣粒籄燈由亮變?yōu)楦痢?2)當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，A燈沒有了電壓立即熄滅；當(dāng)電流減少，線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，相當(dāng)于電源，給B燈提供短暫的電流使B燈緩慢熄滅（三）自感系數(shù)你已經(jīng)知道了當(dāng)電路中存在電感線圈時(shí)，它會(huì)對(duì)通過它自身的電流的變化有阻礙作用，從而使得自感現(xiàn)象非常明顯。在物理中用自感系數(shù)L：描述電感線圈對(duì)其中電流的阻礙作用。在自感現(xiàn)象中穿過電感線圈的磁通量Φ，跟電感線圈中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，而磁感應(yīng)強(qiáng)度B又是跟產(chǎn)生磁場的電流I成正比。即Φ∝B∝I所以有ΔΦ∝ΔB∝ΔI同時(shí)除以一個(gè)Δteq\f(ΔΦ,Δt)∝eq\f(ΔB,Δt)∝eq\f(ΔI,Δt)eq\f(ΔΦ,Δt)這不就是法拉第電磁感應(yīng)定律里的那個(gè)式子嗎。所以自感電動(dòng)勢(shì)E＝Leq\f(ΔΦ,Δt)在個(gè)式子中L是比例系數(shù)，稱為自感系數(shù)，它是描述電感線圈對(duì)其中電流的阻礙作用的物理量，單位是亨利用H表示。自感系數(shù)越大，電流變化時(shí)產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)就越大，意味著線圈阻礙電流的本領(lǐng)也越大。那么決定一個(gè)線圈的自感系數(shù)的因素有哪些呢？要記住自感系數(shù)的大小取決于線圈的結(jié)構(gòu)。比如線圈的長度，形狀，疏密，圈數(shù)，是否帶有鐵芯的，而與電流變化情況無關(guān)。實(shí)驗(yàn)演示自感系數(shù)隨著線圈的結(jié)構(gòu)的變化情況。再演示一個(gè)有無鐵芯的。沒有鐵芯吸不起硬幣，加了鐵芯之后可以吸起很多硬幣。了解了自感系數(shù)的含義，咱們?cè)倏纯丛倬唧w的電路中它是怎么影響電流變化的。（四）磁場的能量如圖所示實(shí)驗(yàn)中，開關(guān)斷開后，燈泡的發(fā)光還能維持一小段時(shí)間，有時(shí)甚至?xí)乳_關(guān)斷開之前更亮。這時(shí)燈泡的能量是從哪里來的?上面的通電自感實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)閉合開關(guān)后，這個(gè)小燈泡并不會(huì)馬上發(fā)光，其實(shí)是因?yàn)殡娔苤械囊徊糠謨?chǔ)存在了電感線圈中。斷開開關(guān)后，又是因?yàn)殡姼芯€圈中儲(chǔ)存的能量被釋放出來啦，使得燈泡并不是馬上熄滅，還會(huì)再亮一會(huì)兒。發(fā)現(xiàn)沒線圈中有電流時(shí)就有磁場就能儲(chǔ)存能量，物理上把這種儲(chǔ)存于磁場中的能量稱為磁場能或者磁能。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，當(dāng)線圈剛剛接通電源的時(shí)候，自感電動(dòng)勢(shì)阻礙線圈中電流的增加；當(dāng)電源斷開的時(shí)候，自感電動(dòng)勢(shì)又阻礙線圈中電流的減小。顯然電感線圈中儲(chǔ)存的磁場能大小與線圈的自感系數(shù)和線圈中的電流有關(guān)。課堂練習(xí)例3：如圖所示，L為自感系數(shù)較大的線圈，電阻很小，電路穩(wěn)定后，當(dāng)斷開開關(guān)S的瞬間會(huì)有什么現(xiàn)象（）A．甲中，燈A立即熄滅B．乙中，燈A慢慢熄滅C．甲中，燈A突然閃亮一下再慢慢熄滅D．乙中，燈A突然閃亮一下再慢慢熄滅〖答案〗AD〖解析〗甲電路，開關(guān)斷開后沒有構(gòu)成閉合回路，所以燈立即滅；乙中由于電感電阻小，流過的電流很大，所以開關(guān)斷開后燈突然閃亮，再滅?！及鍟O(shè)計(jì)〗2.4互感和自感1.互感現(xiàn)象2.自感現(xiàn)象①通電自感與斷電自感現(xiàn)象②斷電自感與小燈泡的閃亮：如果IL>IA則小燈泡就會(huì)閃亮一下再熄滅。如果IL≤IA則小燈泡就會(huì)緩慢的熄滅。③通電自感與斷電自感的電流變化斷電前線圈與燈泡串聯(lián)，則感應(yīng)電流與原來電流同向。斷電前線圈與燈泡并聯(lián)，則感應(yīng)電流與原來電流反向。3.自感系數(shù)L：來描述電感線圈對(duì)其中電流的阻礙作用。4.磁場的能量：儲(chǔ)存在磁場中的能量①通電自感：電能中的一部分儲(chǔ)存在電感線圈中。②斷電自感：電感線圈中儲(chǔ)存的能量被釋放出來。〖教學(xué)反思〗2.4互感和自感〖教學(xué)目標(biāo)〗物理觀念：通過互感、自感及自感電動(dòng)勢(shì)等概念的提出，體會(huì)物理概念的產(chǎn)生過程?？茖W(xué)思維：認(rèn)識(shí)互感和自感是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩種現(xiàn)象，感悟特殊現(xiàn)象中有它的普遍規(guī)律，而普遍規(guī)律中包含了特殊現(xiàn)象的辯證唯物主義觀點(diǎn)?？茖W(xué)探究：知道自感電動(dòng)勢(shì)大小受到哪些因素影響?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過互感和自感現(xiàn)象在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，體會(huì)科學(xué)對(duì)社會(huì)發(fā)展的推動(dòng)作用?！冀虒W(xué)重點(diǎn)〗自感現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及特點(diǎn)?！冀虒W(xué)難點(diǎn)〗運(yùn)用自感知識(shí)解決實(shí)際問題?！冀虒W(xué)準(zhǔn)備〗多媒體課件、自感現(xiàn)象演示儀?！冀虒W(xué)過程〗一、新課引入兩個(gè)線圈A、B之間并沒有導(dǎo)線相連，線圈A與手機(jī)的音頻輸出端連接，線圈B與擴(kuò)音器的輸入端連接。把線圈A插入線圈B時(shí)就能在擴(kuò)音器上聽見由手機(jī)輸出的聲音，這是為什么?二、新課教學(xué)（一）互感現(xiàn)象就是互相有感覺，不過這有感覺可不是說人和人，而是電路跟電路之間的感覺。那么兩個(gè)電路之間怎么會(huì)有感覺呢？1.互感的定義法拉第是通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象。他把兩個(gè)線圈繞在同一個(gè)鐵芯上。閉合或者斷開左邊開關(guān)的瞬間，就可以通過這個(gè)電流表觀察到右邊的電路中產(chǎn)生了電流。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)電路之間并沒有直接相連，但當(dāng)一個(gè)電路中的電流發(fā)生變化時(shí)，它所產(chǎn)生的磁場也發(fā)生變化，會(huì)是另一個(gè)電路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，這種現(xiàn)象就叫做互感現(xiàn)象?；ジ鞋F(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫做互感電動(dòng)勢(shì)。2.互感的應(yīng)用利用感現(xiàn)象可以把電能從一個(gè)電路傳遞到另一個(gè)電路，因此它在電學(xué)技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。主要有以下幾個(gè)：①變壓器。它們的結(jié)構(gòu)是這個(gè)樣子，它有兩個(gè)線圈套在同一個(gè)鐵芯上，向其中一個(gè)線圈通入變化的電流時(shí)，在另一個(gè)線圈中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，對(duì)外供電。電能從一個(gè)線圈兒傳到了另一個(gè)線圈。②收音機(jī)。收音機(jī)中的磁性天線也是利用互感現(xiàn)象。把廣播電臺(tái)的信號(hào)從一個(gè)線圈傳遞到另一個(gè)線圈的。③無線充電等。3.互感的危害與防止影響互感的因素：兩個(gè)線圈的形狀，大小，匝數(shù)，有無鐵芯甚至相對(duì)位置，當(dāng)都會(huì)影響互感的大小。而且實(shí)際上互感現(xiàn)象不僅發(fā)生于繞在同一鐵芯上的兩個(gè)線圈之間，也可以發(fā)生在任何兩個(gè)相互靠近的電路之間。只是互感的這種相互作用會(huì)隨著兩個(gè)電路之間距離的增加而快速的減小。在電力工程中和電子電路中，互感現(xiàn)象有時(shí)會(huì)影響電路的正常工作，這時(shí)要設(shè)法減小電路間的互感。課堂練習(xí)例1：如圖甲所示，A、B兩絕緣金屬環(huán)套在同一鐵芯上，A環(huán)中電流iA隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示，下列說法中正確的是()A．t1時(shí)刻，兩環(huán)作用力最大B．t2和t3時(shí)刻，兩環(huán)相互吸引C．t2時(shí)刻兩環(huán)相互吸引，t3時(shí)刻兩環(huán)相互排斥D．t3和t4時(shí)刻，兩環(huán)相互吸引〖答案〗B〖解析〗t1時(shí)刻B中感應(yīng)電流為零，故兩環(huán)作用力為零，A錯(cuò)誤；t2和t3時(shí)刻A環(huán)中電流在減小，則B環(huán)中產(chǎn)生與A環(huán)中同向的電流，故相互吸引，B正確，C錯(cuò)誤，t4時(shí)刻A中電流為零，兩環(huán)無相互作用，D錯(cuò)誤。（二）自感現(xiàn)象如果某個(gè)電路中的電流發(fā)生變化，在它自身的回路中能不能也產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)呢？1.自感現(xiàn)象的定義當(dāng)一個(gè)線圈中的電流變化時(shí)，它所產(chǎn)生的變化的磁場在線圈本身激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這種現(xiàn)象稱為自感，由于自感而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫作自感電動(dòng)勢(shì)。演示實(shí)驗(yàn)1：觀察兩個(gè)燈泡的發(fā)光情況圖中A1和A2是兩個(gè)完全相同的小燈泡，R1和R是兩個(gè)滑動(dòng)變阻器用來調(diào)節(jié)電流。閉合開關(guān)之后，先調(diào)節(jié)R使兩個(gè)小燈泡一樣亮，再調(diào)節(jié)干路中的，R1使兩個(gè)燈都正常發(fā)光。然后斷開開關(guān)S，當(dāng)再閉合S時(shí)可以看到兩個(gè)燈泡點(diǎn)亮的情況是不一樣的？現(xiàn)象：A2立刻就正常發(fā)光了，但A1卻是逐漸變亮，延遲了一會(huì)兒才正常發(fā)光的。這是為什么呢？分析：這個(gè)支路中有一個(gè)電感，看來就是這個(gè)家伙造成了這些反?，F(xiàn)象。在閉合開關(guān)的瞬間通過電感線圈的電流增加，使得穿過線圈的磁通量增大。由楞次定律此時(shí)在線圈中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與通入的電流方向相反的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻礙行程中的磁通量增大，也就是阻礙線圈中的電流達(dá)到正常值。所以與電感串聯(lián)的小燈泡不會(huì)立刻亮起來，而是隨著電流的增大逐漸亮起來。我們把這種自感現(xiàn)象稱為通電自感。演示實(shí)驗(yàn)2：觀察開關(guān)斷開時(shí)燈泡的亮度把小燈泡和一個(gè)電感并聯(lián)后，連入電路線閉合開關(guān)，使小燈泡正常發(fā)光。然后再斷開電路觀察燈泡亮度變化?，F(xiàn)象：A燈并不是立即熄滅，而是先閃亮一下才熄滅。分析：在開關(guān)斷開前電感和燈泡中都會(huì)有向右的電流。當(dāng)開關(guān)斷開的瞬間，燈泡中由電源提供的電流立即消失，通過電感線圈的電流減弱，使得穿過線圈的磁通量也迅速減弱。根據(jù)楞次定律，此時(shí)線圈中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與原電流方向相同的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，阻礙線圈中的磁通量減小，也就是阻礙線圈中的電流減小。而這個(gè)電流只能通過小燈泡形成回路，所以小燈泡上的電流不是立刻變?yōu)榱?，而是逐漸減小到零。我們把這種自感現(xiàn)象稱為斷電自感。實(shí)驗(yàn)歸納這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)可以說明，當(dāng)線圈回路本身的電流發(fā)生變化時(shí)，回路中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，總是阻礙原電流的變化，即仍然遵循增反減同的規(guī)律。其實(shí)無論什么樣的電路，電流變化時(shí)都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，只是在沒有電感的電路中通常產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)太小，所以現(xiàn)象不明顯。但在剛才這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中由于有電感L的存在，使得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)很大，這些現(xiàn)象就很明顯。1.通電自感與斷電自感現(xiàn)象第一個(gè)實(shí)驗(yàn)有燈泡與電感串聯(lián)的電路，通電自感：A2立刻就正常發(fā)光，A1逐漸變亮。斷電自感：A1和A2緩慢熄滅第二個(gè)實(shí)驗(yàn)燈泡與電感串聯(lián)的電路，通電自感：A燈立刻就正常發(fā)光，隨后緩慢變暗，甚至熄滅。斷電自感：A燈緩慢熄滅你會(huì)看到與電感串聯(lián)的燈通電時(shí)受到影響，與它并聯(lián)的都會(huì)立刻發(fā)光。那么小燈泡什么時(shí)候會(huì)閃亮一下呢？2.斷電自感與小燈泡的閃亮斷開開關(guān)后，對(duì)電感線圈中儲(chǔ)存的能量逐漸釋放出來，轉(zhuǎn)化為了電能使得小燈泡沒有立即熄滅，所以小燈泡閃亮，小燈泡閃不閃亮，要看流過燈泡的電流大小的變化，閃亮說明說明電流大。如圖所示：現(xiàn)在電路中的電流變化進(jìn)行具體分析，假設(shè)流過電感的電流為IL，流過小燈泡的電流為IA。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，由于電感和小燈泡并聯(lián)，電感和小燈泡中的電流方向都是向右。在斷開開關(guān)的瞬間小燈泡中，原來從左到右的電流IA立即消失，而電感中的電流IL由于自感電動(dòng)勢(shì)的存在不會(huì)立即消失，也就是說此時(shí)通過電感的電流大小，方向都不會(huì)變化還是IL。同時(shí)由于開關(guān)斷開了電感和小燈泡構(gòu)成了新的回路，所以小燈泡內(nèi)的電流方向變?yōu)閺挠业阶螅笮∫矎腎A突變成了IL。即如果IL>IA則小燈泡就會(huì)閃亮一下再熄滅。如果IL≤IA則小燈泡就會(huì)緩慢的熄滅。同樣的在如圖所示的這個(gè)電路中如果IL>IA2則A2就會(huì)閃亮一下再熄滅。如果IL≤IA2則A2就會(huì)緩慢的熄滅。由于A1與電感串聯(lián)電流相等，它不會(huì)閃亮。由此可見，小燈泡能不能閃亮取決于電感中的電流。4.通電自感與斷電自感的電流變化我們?cè)賮砜醋愿星昂蟮碾娏鞣较虻淖兓闆r。閉合開關(guān)后它的流過電感和燈泡的電流方向是這樣的，斷開開關(guān)后，根據(jù)前面的分析電流方向變?yōu)檫@樣。發(fā)現(xiàn)流過A1的電流與原來的相同，流過A2的電流與原來的相反。同樣的。開關(guān)閉合前后流過燈泡的電流是不一樣的。總的來說①斷電前線圈與燈泡串聯(lián)，則感應(yīng)電流與原來電流同向。②斷電前線圈與燈泡并聯(lián)，則感應(yīng)電流與原來電流反向。做一做：用電流傳感器顯示自感對(duì)電流的影響5.自感的應(yīng)用與防止如圖所示的電路中，當(dāng)電路穩(wěn)定后斷開開關(guān)的一瞬間，小燈泡會(huì)先閃亮一下，再逐漸熄滅。如果電感的電阻非常小，在斷開開關(guān)的瞬間，在短時(shí)間內(nèi)形成了很大的電流，那么閃亮的現(xiàn)象會(huì)更加明顯。發(fā)現(xiàn)了嗎，電感可以在電壓不太大的情況下，通過自感現(xiàn)象在瞬間產(chǎn)生巨大的電流。這在生活中有很重要的應(yīng)用。①應(yīng)用日光燈的鎮(zhèn)流器，就是利用這個(gè)原理來產(chǎn)生啟動(dòng)時(shí)所需要的高電壓的。再比如在無線電技術(shù)中，電感和電容組成振蕩電路，用來發(fā)射無線電波。②危害更多的時(shí)候，這么大自感電動(dòng)勢(shì)會(huì)造成很大的危害。像大型電動(dòng)機(jī)中的繞線組，大型變壓器的線圈等原件。它們的自感系數(shù)非常大，在切斷電路的瞬間會(huì)產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢(shì)，使開關(guān)附近的空氣被電離擊穿形成電弧。電弧會(huì)把開關(guān)燒壞，甚至引起火災(zāi)。③防止油浸開關(guān)：把開關(guān)放在絕緣性良好的油中防止空氣被擊穿。雙線繞法：電阻絲通常采用這樣的雙線繞法。當(dāng)電流流過電阻絲時(shí)，兩股電阻絲中的電流所產(chǎn)生的磁場相互抵消，就不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。課堂練習(xí)例2：L是自感系數(shù)很大的線圈，但其自身的電阻幾乎為0。A和B是兩個(gè)相同的小燈泡。(1)當(dāng)開關(guān)S由斷開變?yōu)殚]合時(shí)，A、B兩個(gè)燈泡的亮度將如何變化?(2)當(dāng)開關(guān)S由閉合變?yōu)閿嚅_時(shí)，A、B兩個(gè)燈泡的亮度又將如何變化?〖解析〗(1)當(dāng)開關(guān)由斷開變?yōu)殚]合時(shí)，兩燈立即有電壓，同時(shí)發(fā)光，由于線圈的電阻很小，B燈被線圈短路，由亮變?yōu)樽儼抵钡讲涣?；A燈由亮變?yōu)楦痢?2)當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，A燈沒有了電壓立即熄滅；當(dāng)電流減少，線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，相當(dāng)于電源，給B燈提供短暫的電流使B燈緩慢熄滅（三）自感系數(shù)你已經(jīng)知道了當(dāng)電路中存在電感線圈時(shí)，它會(huì)對(duì)通過它自身的電流的變化有阻礙作用，從而使得自感現(xiàn)象非常明顯。在物理中用自感系數(shù)L：描述電感線圈對(duì)其中電流的阻礙作用。在自感現(xiàn)象中穿過電感線圈的磁通量Φ，跟電感線圈中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，而磁感應(yīng)強(qiáng)度B又是跟產(chǎn)生磁場的電流I成正比。即Φ∝B∝I所以有ΔΦ∝ΔB∝ΔI同時(shí)除以一個(gè)Δteq\f(ΔΦ,Δt)∝eq\f(ΔB,Δt)∝eq\f(ΔI,Δt)eq\f(ΔΦ,Δt)這不就是法拉第電磁感應(yīng)定律里的那個(gè)式子嗎。所以自感電動(dòng)勢(shì)E＝Leq\f(ΔΦ,Δt)在個(gè)式子中L是比例系數(shù)，稱為自感系數(shù)，它是描述電感線圈對(duì)其中電流的阻