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

1、4 自感和互感1.基本知識(1)自感：由于導體線圈本身的 而引起的電磁感應現(xiàn)象(2)自感電動勢：由于自感而產(chǎn)生的(3)作用：自感電動勢總導體中原電流的變化自感現(xiàn)象 電流發(fā)生變化感應電動勢阻礙(4)分類：通電自感和斷電自感電路現(xiàn)象自感電動勢的作用通電自感接通電源的瞬間,燈泡D1_ 電流的增加斷電自感斷開開關的瞬間,燈泡D 有時燈泡D會閃亮一下,然后逐漸變暗 電流的減小慢慢變亮阻礙延遲熄滅阻礙2.思考判斷(1)自感現(xiàn)象也是一種特殊的電磁感應現(xiàn)象()(2)自感電動勢的方向一定與原電流的方向相反()(3)自感電動勢總是阻礙導體中的原電流變化的()3探究交流如圖161所示,在演示斷電自感實驗時,有時燈泡

2、D會閃亮一下,然后逐漸變暗,你能說出是什么原因?qū)е碌膯?？圖161 【提示】 若線圈L的阻值RL小于燈泡阻值R0時,斷電前穩(wěn)定狀態(tài)下電流ILID.斷電后L與D構(gòu)成回路,斷電瞬間由于自感現(xiàn)象,IL將延遲減弱,則流過燈泡D的電流為IL大于原電流,所以會使燈泡閃亮一下后再逐漸熄滅1.基本知識自感系數(shù) 2思考判斷(1)自感系數(shù)與電流的大小有關()(2)通過線圈中的電流增大的越來越快,則自感系數(shù)變大()(3)自感系數(shù)是由線圈本身性質(zhì)決定的()3探究交流大城市的無軌電車在行駛的過程中,由于車身顛簸,有可能使車頂上的電弓瞬間脫離電網(wǎng)線,這時可以看到電火花閃現(xiàn)請說說電火花產(chǎn)生的原因是什么？【提示】 電弓脫離電網(wǎng)

3、線的瞬間電流減小,所產(chǎn)生的自感電動勢很大,在電弓與電網(wǎng)線的空隙產(chǎn)生電火花 1.基本知識(1)日光燈的構(gòu)造及電路圖日光燈由燈管、燈絲、 和 組成,燈管中充有微量的惰性氣體和稀薄的汞蒸氣,鎮(zhèn)流器、燈絲和啟動器的電路是串聯(lián)的自感的典型應用日光燈 鎮(zhèn)流器啟動器電路圖如圖162所示：圖162 (2)啟動器的構(gòu)造及作用啟動器是一個充有氖氣的小玻璃泡,里面有兩個電極,一個是固定不動的 ,另一個是雙金屬片制成的啟動器的作用是在開關閉合后,使電路短暫接通再將電路斷開,相當于一個自動開關靜觸片U型動觸片(3)鎮(zhèn)流器的作用在啟動器短暫接通電路再將電路斷開的瞬間,鎮(zhèn)流器中的電流,產(chǎn)生：這個自感電動勢的方向與原來電源的

4、電壓方向相同,它們合在一起,形成一個 ,加在燈管兩端,使燈管中的氣體放電,于是日光燈管成為電流的通路,開始發(fā)光日光燈正常發(fā)光時,鎮(zhèn)流器在電路中起著降壓限流作用,保證日光燈的正常工作急劇減小很高的自感電動勢瞬時高電壓2思考判斷(1)日光燈正常發(fā)光后,拿掉啟動器,日光燈將熄滅()(2)日光燈正常工作時,鎮(zhèn)流器起降壓限流的作用()3探究交流有一次,小飛拿掉家里拉線開關的盒蓋,關掉日光燈,看到了開關上有電火花產(chǎn)生,小飛感到迷惑請思考：開關上產(chǎn)生電火花的原因是什么？【提示】 日光燈正常工作時,有電流通過鎮(zhèn)流器的線圈,當斷開開關時,鎮(zhèn)流器中電流迅速減少,產(chǎn)生較大的自感電動勢,故在斷開開關時,兩極間產(chǎn)生了一

5、個瞬時高壓,擊穿空氣,放電產(chǎn)生火花.【問題導思】 1發(fā)生自感現(xiàn)象時,產(chǎn)生的自感電流一定與原電流反向嗎？2自感現(xiàn)象的本質(zhì)是什么？3從哪些方面理解自感電動勢？對自感現(xiàn)象的理解 1自感現(xiàn)象遵循的規(guī)律自感現(xiàn)象是一種電磁感應現(xiàn)象,遵守法拉第電磁感應定律和楞次定律2對自感電動勢的理解(1)產(chǎn)生原因通過線圈的電流發(fā)生變化,導致穿過線圈的磁通量發(fā)生變化,因而在原線圈上產(chǎn)生感應電動勢(2)自感電動勢的方向當原電流增大時,自感電動勢的方向與原電流方向相反；當原電流減小時,自感電動勢方向與原電流方向相同(即：增反減同)(3)自感電動勢的作用阻礙原電流的變化,而不是阻止,原電流仍在變化,只是使原電流的變化時間變長,即

6、總是起著推遲電流變化的作用3對電感線圈阻礙作用的理解(1)若電路中的電流正在改變,電感線圈會產(chǎn)生自感電動勢阻礙電路中電流的變化,使得通過電感線圈的電流不能突變(2)若電路中的電流是穩(wěn)定的,電感線圈相當于一段導線,其阻礙作用是由繞制線圈的導線的電阻引起的4自感現(xiàn)象的分析思路明確通過自感線圈的電流的變化情況(增大或減小)根據(jù)“增反減同”,判斷自感電動勢的方向分析阻礙的結(jié)果：電流增大時,由于自感電動勢的作用,線圈中電流逐漸增大,與線圈串聯(lián)的元件中的電流也逐漸增大；電流減小時,由于自感電動勢的作用,線圈中電流逐漸減小,與線圈串聯(lián)的元件中的電流也逐漸減小自感電動勢的兩個特點1自感電動勢阻礙自身電流的變化

7、,但不能阻止,且自感電動勢阻礙自身電流變化的結(jié)果,會對其他電路元件的電流產(chǎn)生影響2自感電動勢的大小跟自身電流變化的快慢有關,電流變化越快,自感電動勢越大如圖163所示的電路中,電源電動勢為E,內(nèi)阻r不能忽略R1和R2是兩個定值電阻,L是一個自感系數(shù)較大的線圈開關S原來是斷開的,從閉合開關S到電路中電流達到穩(wěn)定為止的時間內(nèi),通過R1的電流I1和通過R2的電流I2的變化情況是( )AI1開始較大而后逐漸變小BI1開始很小而后逐漸變大CI2開始很小而后逐漸變大DI2開始較大而后逐漸變小 圖163 【審題指導】 分析自感電流的大小時,應注意“L是一個自感系數(shù)較大的線圈”這一關鍵語句【解析】 閉合開關S

8、時,由于L是一個自感系數(shù)較大的線圈,產(chǎn)生反向的自感電動勢阻礙電流的變化,所以開始I2很小,隨著電流達到穩(wěn)定,自感作用減小,I2開始逐漸變大閉合開關S時,由于線圈阻礙作用很大,路端電壓較大,隨著自感作用減小,路端電壓減小,所以R1上的電壓逐漸減小,電流逐漸減小,故A、C正確【答案】 AC1下列說法正確的是( )A當線圈中電流不變時,線圈中沒有自感電動勢B當線圈中電流反向時,線圈中自感電動勢的方向與線圈中原電流的方向相反C當線圈中電流增大時,線圈中自感電動勢的方向與線圈中電流的方向相反D當線圈中電流減小時,線圈中自感電動勢的方向與線圈中電流的方向相反【解析】 由法拉第電磁感應定律可知,當線圈中電流

9、不變時,不產(chǎn)生自感電動勢,A對；當線圈中電流反向時,相當于電流減小,線圈中自感電動勢的方向與線圈中原電流的方向相同,B錯；當線圈中電流增大時,自感電動勢阻礙電流的增大,線圈中自感電動勢的方向與線圈中電流的方向相反,C對；當線圈中電流減小時,自感電動勢阻礙電流的減小,線圈中自感電動勢的方向與線圈中電流的方向相同,D錯【答案】 AC【問題導思】 1日光燈是如何啟動的？2啟動器是如何實現(xiàn)使電路通斷的？3鎮(zhèn)流器在日光燈啟動和正常工作時各有什么作用？日光燈的工作原理 1啟動器的工作原理(1)當開關閉合時,電源把電壓加在啟動器的兩電極之間,使氖氣放電而發(fā)出輝光,輝光產(chǎn)生的熱量使U形動觸片膨脹伸長與靜觸片接

10、觸,從而接通電路,于是鎮(zhèn)流器的線圈和燈管的燈絲中就有電流通過圖164 (2)電路接通后,啟動器中的氖氣停止放電,U形動觸片冷卻收縮,兩個觸片分離,電路自動斷開,流過鎮(zhèn)流器的電流迅速減小,鎮(zhèn)流器線圈中會產(chǎn)生很高的自感電動勢,方向與原來電壓方向相同,與電源電壓一起形成瞬時高壓加在燈管兩端,使燈管中的氣體開始放電,于是日光燈管成為電流的通路開始發(fā)光(3)啟動器相當于一個自動開關日光燈正常工作后處于斷開狀態(tài),啟動器損壞的情況下可將連接啟動器的兩個線頭作一個短暫接觸也可把日光燈啟動(4)啟動時電流流經(jīng)途徑是鎮(zhèn)流器、啟動器、燈絲,啟動后電流流經(jīng)途徑是鎮(zhèn)流器、燈絲、日光燈管 2鎮(zhèn)流器的作用由于日光燈使用的是

11、交流電源,電流的大小和方向做周期性變化當交流電的大小增大時,鎮(zhèn)流器上的自感電動勢阻礙原電流增大,自感電動勢與原電壓反向；當交流電的大小減小時,鎮(zhèn)流器上的自感電動勢阻礙原電流減小,自感電動勢與原電壓同向可見鎮(zhèn)流器的自感電動勢總是阻礙電流的變化,正常工作時鎮(zhèn)流器就起著降壓、限流的作用若將圖165甲中啟動器換為開關S1,并給鎮(zhèn)流器并聯(lián)一個開關S2,如圖乙所示,則下列敘述正確的是( )圖165 A只把S3接通,日光燈就能正常發(fā)光B把S3、S1接通后,S2不接通,日光燈就能正常發(fā)光CS2不接通,接通S3、S1后,再斷開S1,日光燈就能正常發(fā)光D當日光燈正常發(fā)光后,再接通S2,日光燈仍能正常發(fā)光【審題指導

12、】 審題時應注意以下問題：(1)觀察S1、S2、S3的位置,并分析其作用(2)聯(lián)想啟動器和鎮(zhèn)流器的工作原理【解析】 一般日光燈啟動時瞬間把電源、燈絲、鎮(zhèn)流器接通,然后自動斷開,靠鎮(zhèn)流器產(chǎn)生瞬時高壓,使燈管內(nèi)氣體導電,所以啟動時既要使乙圖中S3閉合,又需使S1瞬間閉合再斷開,A、B錯,C對正常工作時鎮(zhèn)流器起降壓限流作用,若把乙圖中S2閉合,則鎮(zhèn)流器失去作用,日光燈不能正常工作,D錯【答案】 C2日光燈點燃時需要一高出電源電壓很多的瞬時高壓,而日光燈點燃后正常發(fā)光時加在燈管上的電壓又需大大低于電源電壓,這兩點的實現(xiàn)( )A靠與燈管并聯(lián)的鎮(zhèn)流器來完成B靠與燈管串聯(lián)的鎮(zhèn)流器來完成C靠與燈管并聯(lián)的啟動器

13、來完成D靠與燈管串聯(lián)的啟動器來完成【解析】 日光燈啟動時,鎮(zhèn)流器產(chǎn)生瞬時高壓,日光燈啟動后,鎮(zhèn)流器起降壓限流作用而鎮(zhèn)流器與燈管是串聯(lián)的,故B對【答案】 B圖166甲、乙電路中,電阻R和自感線圈L的電阻都很小,接通S,使電路達到穩(wěn)定,燈泡A發(fā)光,則下列說法中正確的是( )甲 乙圖166綜合解題方略電路中電流 大小變化的判斷方法 A在電路甲中,斷開S,A將漸漸變暗B在電路甲中,斷開S,A將先變得更亮,然后漸漸變暗C在電路乙中,斷開S,A將漸漸變暗D在電路乙中,斷開S,A將先變得更亮,然后漸漸變暗【審題指導】 審題時應注意以下問題：(1)電阻R和自感線圈L的電阻都很小(2)電路的串、并聯(lián)關系【規(guī)范解

14、答】 電阻R和自感線圈L的電阻都很小,圖中,閉合S時,I1I2,斷開S后,通過燈泡的電流在I1的基礎上變小,所以乙圖中燈泡會突然亮一下,然后漸漸變暗【答案】 AD通、斷電自感中燈泡亮度變化問題與線圈串聯(lián)的燈泡與線圈并聯(lián)的燈泡電路圖通電時電流逐漸增大,燈泡逐漸變亮燈泡立即變亮(自感線圈電阻不可忽略)斷電時電流逐漸減小燈泡逐漸變暗電流方向不變電路中穩(wěn)態(tài)電流為I1、I2(1)若I2I1,燈泡逐漸變暗(2)若I2I1,燈泡閃亮后逐漸變暗,兩種情況燈泡電流方向均改變1關于自感現(xiàn)象,下列說法正確的是( )A感應電流方向一定和原電流方向相反B線圈中產(chǎn)生的自感電動勢較大的其自感系數(shù)也一定較大C對于同一線圈,當

15、電流變化較快時,線圈中的自感系數(shù)較大D對于同一線圈,當電流變化較快時,線圈中的自感電動勢也較大【解析】 根據(jù)自感現(xiàn)象可知,當原電流增大時,感應電流阻礙它的增大,感應電流的方向與原電流的方向相反；當原電流減小時,感應電流阻礙它的減小,感應電流的方向與原電流的方向相同；所以選項A是錯誤的自感系數(shù)是由線圈本身的性質(zhì)決定的,與其他因素無關,因此選項B、C都是錯誤的自感電動勢與電流的變化率、自感系數(shù)有關,選項D是正確的【答案】 D2關于線圈的自感系數(shù),下面說法正確的是( )A線圈的自感系數(shù)越大,自感電動勢一定越大B線圈中的電流等于零時,自感系數(shù)也等于零C線圈中電流變化越快,自感系數(shù)越大D線圈的自感系數(shù)由

16、線圈本身的因素及有無鐵芯決定【解析】 線圈的自感系數(shù)是由線圈本身的因素及有無鐵芯決定的,與有無電流、電流變化情況都沒有關系,故B、C錯誤,D正確；自感電動勢的大小除了與自感系數(shù)有關,還與電流的變化率有關,故A錯誤【答案】 D3如圖167所示,L為自感系數(shù)較大的線圈,電路穩(wěn)定后小燈泡正常發(fā)光,當斷開開關S的瞬間會有( )A燈A立即熄滅B燈A慢慢熄滅C燈A突然閃亮一下再慢慢熄滅D燈A突然閃亮一下再突然熄滅圖167 【解析】 當開關S斷開時,由于通過自感線圈的電流從有變到零,線圈將產(chǎn)生自感電動勢,但由于線圈L與燈A串聯(lián),在S斷開后,不能形成閉合回路,因此燈A在開關斷開后,電源供給的電流為零,燈就立即熄滅【答案】