2022-2023學(xué)年新教材高中物理第二章電磁感應(yīng)4互感和自感課件新人教版選擇性必修第二冊(cè)

第二章電磁感應(yīng)4．互感和自感課前預(yù)習(xí)反饋課內(nèi)互動(dòng)探究課堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)目標(biāo)體系構(gòu)建核心素養(yǎng)提升目標(biāo)體系構(gòu)建【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解互感現(xiàn)象及互感現(xiàn)象的應(yīng)用。2．了解自感現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)自感電動(dòng)勢(shì)的作用。3．知道自感系數(shù)的意義和決定因素。會(huì)分析自感現(xiàn)象中電流的變化?！舅季S脈絡(luò)】課前預(yù)習(xí)反饋

1．互感互不相連的并相互靠近的兩個(gè)線圈，當(dāng)一個(gè)線圈的電流變化時(shí)，它所產(chǎn)生的變化的磁場(chǎng)會(huì)在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生____________，這種現(xiàn)象叫做互感。2．互感電動(dòng)勢(shì)互感現(xiàn)象中的電動(dòng)勢(shì)叫____________。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)知識(shí)點(diǎn)1互感現(xiàn)象互感電動(dòng)勢(shì)3．互感的應(yīng)用和危害(1)互感現(xiàn)象可以把能量由一個(gè)線圈傳遞到另__________。變壓器就是利用互感現(xiàn)象制成的。(2)在電力工程和電子電路中，__________有時(shí)會(huì)影響電路的正常工作，這時(shí)要求設(shè)法減小電路間的互感。一個(gè)線圈互感現(xiàn)象1．自感現(xiàn)象一個(gè)線圈中的電流______時(shí)，它所產(chǎn)生的______的磁場(chǎng)在它本身激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫作____________。變化知識(shí)點(diǎn)2自感現(xiàn)象變化自感電動(dòng)勢(shì)2．通電自感和斷電自感

電路現(xiàn)象自感電動(dòng)勢(shì)的作用通電自感接通電源的瞬時(shí)，燈泡A1較慢地________阻礙電流的______斷電自感斷開開關(guān)的瞬間，燈泡A逐漸______，直到熄滅阻礙電流的______亮起來增加變暗減小3.自感系數(shù)(1)自感電動(dòng)勢(shì)的大?。篍＝_____，其中L是線圈的自感系數(shù)，簡稱自感或電感。(2)單位：______，符號(hào)：___。常用的還有毫亨(mH)和微亨(μH)。換算關(guān)系是：1H＝________mH＝________μH。(3)決定線圈自感系數(shù)大小的因素：線圈的大小、形狀、______以及是否有______等。亨利H

103

106

匝數(shù)鐵芯1．自感現(xiàn)象中的磁場(chǎng)能量(1)線圈中電流從無到有，磁場(chǎng)從無到有，電源把能量輸送給______，儲(chǔ)存在______中。(2)線圈中電流減小時(shí)，______中的能量釋放出來轉(zhuǎn)化為電能。2．電的“慣性”自感電動(dòng)勢(shì)有阻礙線圈中__________的“慣性”。磁場(chǎng)知識(shí)點(diǎn)3磁場(chǎng)的能量磁場(chǎng)磁場(chǎng)電流變化思考辨析『判一判』(1)當(dāng)線圈中電流不變時(shí)，線圈中沒有自感電動(dòng)勢(shì)。 (

)

(2)當(dāng)線圈中電流反向時(shí)，線圈中自感電動(dòng)勢(shì)的方向與線圈中原電流的方向相反。

(

)(3)當(dāng)線圈中電流增大時(shí)，線圈中自感電動(dòng)勢(shì)的方向與線圈中電流方向相反。

(

)√

×

√

(4)當(dāng)線圈中電流減小時(shí)，線圈中自感電動(dòng)勢(shì)的方向與線圈中電流方向相反。

(

)(5)互感現(xiàn)象是電磁感應(yīng)的應(yīng)用。 (

)(6)線圈的自感系數(shù)的大小與線圈中通入電流的大小有關(guān)。 (

)×

√

×

『選一選』某同學(xué)為了驗(yàn)證斷電自感現(xiàn)象，自己找來帶鐵芯的線圈L，小燈泡A，開關(guān)S和電池組E，用導(dǎo)線將它們連接成如圖所示的電路。檢查電路后，閉合開關(guān)S，小燈泡發(fā)光；再斷開開關(guān)S，小燈泡僅有不顯著的延時(shí)熄滅現(xiàn)象。雖經(jīng)多次重復(fù)，仍未見老師演示時(shí)出現(xiàn)的小燈泡閃亮現(xiàn)象，他冥思苦想找不出原因。你認(rèn)為最有可能造成小燈泡未閃亮的原因是

(

)C

A．電源的內(nèi)阻較大

B．小燈泡電阻偏大C．線圈電阻偏大

D．線圈的自感系數(shù)較大解析：在斷電自感中，小燈泡是否閃亮取決于流過線圈L的電流要大于流過燈泡的電流，本實(shí)驗(yàn)未出現(xiàn)小燈泡閃亮的原因，最有可能是線圈電阻偏大，C正確。『想一想』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(shí)可以看到電火花閃現(xiàn)。請(qǐng)說說電火花產(chǎn)生的原因是什么？解析：電弓脫離電網(wǎng)線的瞬間電流減小，所產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)很大，在電弓與電網(wǎng)線的空隙產(chǎn)生電火花。課內(nèi)互動(dòng)探究探究在法拉第的實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)線圈并沒有用導(dǎo)線連接，當(dāng)一個(gè)線圈中的電流變化時(shí)，在另一個(gè)線圈中為什么會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)呢？提示：互感現(xiàn)象。互感現(xiàn)象情景導(dǎo)入1．互感現(xiàn)象是一種常見的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，它不僅發(fā)生在繞在同一鐵芯上的兩個(gè)線圈之間，還可以發(fā)生在任何兩個(gè)相互靠近的電路之間。2．利用互感現(xiàn)象可以把能量由一個(gè)電路傳遞到另一個(gè)電路。下一章將要學(xué)習(xí)的變壓器就是利用互感現(xiàn)象制成的。3．在電路工程和電子電路中，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。4．處理方法：可利用楞次定律、安培定則及左手定則分析某個(gè)線圈中感應(yīng)電流的方向及受力方向，還可從能量角度分析。要點(diǎn)提煉

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)相互吸引典例1典例剖析B

思路引導(dǎo)：(1)A環(huán)中電流變化時(shí)，會(huì)在B環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流。(2)根據(jù)兩環(huán)中電流的流動(dòng)方向，判斷兩環(huán)的受力情況。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。1．在無線電儀器中，常需要在距離較近的地方安裝兩個(gè)線圈，并要求當(dāng)一個(gè)線圈中有電流變化時(shí)，對(duì)另一個(gè)線圈中的電流影響盡量小，則下圖中兩個(gè)線圈的相對(duì)安裝位置最符合該要求的是 (

)解析：某一個(gè)線圈的磁場(chǎng)通過另一個(gè)線圈的磁場(chǎng)的變化率越小，影響則越小，欲使兩線圈由于互感的影響盡量小，應(yīng)放置成D選項(xiàng)的情形，這樣線圈內(nèi)的磁場(chǎng)是垂直的關(guān)系，故D選項(xiàng)正確。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練D

探究如圖所示，李輝在斷開正在工作的電動(dòng)機(jī)開關(guān)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電火花，這是為什么？提示：電動(dòng)機(jī)中的線圈匝數(shù)很多，當(dāng)電路開關(guān)斷開時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的自感電動(dòng)勢(shì)，使得開關(guān)中的金屬片之間產(chǎn)生電火花。對(duì)自感現(xiàn)象的理解情景導(dǎo)入1．自感現(xiàn)象自感現(xiàn)象是一種電磁感應(yīng)現(xiàn)象，遵守法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律。2．對(duì)自感電動(dòng)勢(shì)的理解(1)產(chǎn)生原因：通過線圈的電流發(fā)生變化，導(dǎo)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)。(2)自感電動(dòng)勢(shì)的方向：當(dāng)原電流增大時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)的方向與原電流方向相反；當(dāng)原電流減小時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)方向與原電流方向相同(即：增反減同)。要點(diǎn)提煉(3)自感電動(dòng)勢(shì)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(shí)間變長，即總是起著推遲電流變化的作用。3．對(duì)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(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)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(dāng)于一段導(dǎo)線，其阻礙作用是由繞制線圈的導(dǎo)線的電阻引起的。

如圖所示，多匝電感線圈的電阻和電池內(nèi)阻都忽略不計(jì)，兩個(gè)電阻的阻值都是R，開關(guān)S原來打開，電流為I0，今合上開關(guān)將一電阻短路，于是線圈中有自感電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，此電動(dòng)勢(shì) (

)A．有阻礙電流的作用，最后電流由I0減小到零B．有阻礙電流的作用，最后電流總小于I0C．有阻礙電流增大的作用，因而電流I0保持不變D．有阻礙電流增大的作用，但電流最后還是增大到2I0典例2典例剖析D

思路引導(dǎo)：解決該題需考慮以下兩個(gè)問題。(1)線圈中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)能阻止電流的增大嗎？(2)電路穩(wěn)定時(shí)，還有自感電動(dòng)勢(shì)嗎？如何計(jì)算電路中的電流？2．(多選)如圖所示，閉合電路中的螺線管可自由伸縮，螺線管有一定的長度，這時(shí)燈泡具有一定的亮度，若將一軟鐵棒從螺線管左邊迅速插入螺線管內(nèi)，則將看到

(

)A．燈泡變暗

B．燈泡變亮C．螺線管縮短

D．螺線管伸長解析：當(dāng)軟鐵棒插入螺線管中，穿過螺線管的磁通量增加，故產(chǎn)生反向的自感電動(dòng)勢(shì)，所以電流減小，燈泡變暗，每匝線圈間同向電流作用力減小，故螺線管伸長。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練AD

探究如圖所示，讓幾位同學(xué)“串聯(lián)”在電路中，L是自感系數(shù)較大的多匝線圈，電源只需1節(jié)干電池即可。閉合開關(guān)S前，學(xué)生的體驗(yàn)——“無感覺”；閉合開關(guān)S后，學(xué)生的體驗(yàn)——“無感覺”；斷開開關(guān)S瞬間，同學(xué)突然受到電擊——“迅速收回雙手”。這是為什么呢？通電自感和斷電自感提示：斷開開關(guān)S，線圈中電流迅速變小，線圈中產(chǎn)生很大的自感電動(dòng)勢(shì)以阻礙電路中原電流的減小，所以人會(huì)受到電擊。兩種電路的自感比較

與線圈串聯(lián)的燈泡與線圈并聯(lián)的燈泡電路圖通電時(shí)電流逐漸增大，燈泡逐漸變亮電流突然變大，然后逐漸減小達(dá)到穩(wěn)定(1)分清兩種演示電路，演示通電自感時(shí)，線圈和燈泡串聯(lián)，演示斷電自感時(shí)，線圈和燈泡并聯(lián)。(2)分清兩種自感現(xiàn)象，一是燈泡緩慢變亮，二是燈泡閃亮一下再逐漸熄滅。要弄清緩慢變亮和閃亮一下的原因。特別提醒(多選)(2020·北京師大附中高二下學(xué)期期中)如右圖甲、乙中，電阻R和自感線圈L的電阻值相等，接通S，使電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，燈泡D發(fā)光，則

(

)A．在電路甲中，斷開S，D將漸漸變暗B．在電路甲中，斷開S，D將先變得更亮，然后漸漸變暗C．在電路乙中，斷開S，D將漸漸變暗D．在電路乙中，斷開S，D將先變得更亮，然后漸漸變暗

典例3典例剖析AD

思路引導(dǎo)：深入理解自感現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理，是處理問題的基礎(chǔ)。解析：在電路(a)中自感線圈L與燈泡D串聯(lián)，D與L電流相等，斷開S時(shí)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)將使D與L中的電流值從穩(wěn)定狀態(tài)逐漸減小，D將漸漸變暗，而不是立即熄滅。在電路(b)中，L與D并聯(lián)，穩(wěn)定時(shí)L中電流比D中電流大，斷開S的瞬間，L中電流從穩(wěn)定值逐漸減小，故S斷開瞬間，通過燈泡D的電流變大，D將先變得更亮，然后漸漸變暗，故選項(xiàng)AD正確。3．(2021·山東師大附中學(xué)分認(rèn)定)如圖所示，燈泡A、B與固定電阻的阻值均為R，L是自感系數(shù)很大的線圈。當(dāng)S1閉合，S2斷開且電路穩(wěn)定時(shí)，A、B亮度相同，再閉合S2，待電路穩(wěn)定后將S1斷開，下列說法中正確的是

(

)A．B燈立即熄滅B．A燈將比原來更亮一下后再熄滅C．有電流通過B燈，方向?yàn)閏→dD．有電流通過A燈，方向?yàn)閍→b對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練A

解析：S1閉合、S2斷開且電路穩(wěn)定時(shí)兩燈亮度相同，說明L的直流電阻亦為R，閉合S2后，L與A燈并聯(lián)，R與B燈并聯(lián)，它們的電流均相等。當(dāng)S1斷開后，L將阻礙自身電流的減小，即該電流還會(huì)維持一段時(shí)間，在這段時(shí)間里，因S2閉合，電流不可能經(jīng)過B燈和R，只能通過A燈形成b→A→a→L→c→b的電流，所以A正確C、D錯(cuò)誤；由于自感形成的電流是在L原來電流的基礎(chǔ)上逐漸減小的，并沒有超過A燈原來電流，故A燈雖推遲一會(huì)熄滅，但不會(huì)比原來更亮，故B錯(cuò)誤。核心素養(yǎng)提升1．電感和電阻對(duì)電流的阻礙作用比較物理量比較內(nèi)容電感L電阻R阻礙作用阻礙電流的變化阻礙電流表現(xiàn)產(chǎn)生自感現(xiàn)象導(dǎo)體發(fā)熱大小因素電感越大，電流變化越快，對(duì)電流變化的阻礙作用越大，產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)越大電阻越大，對(duì)電流的阻礙作用越大物理量比較內(nèi)容電感L電阻R決定因素線圈的大小、形狀、匝數(shù)、有無鐵芯導(dǎo)體長度、橫截面積、電阻率、溫度聯(lián)系電感和電阻都是反映導(dǎo)體本身性質(zhì)的物理量

2.自感現(xiàn)象的“三種狀態(tài)”“一個(gè)特點(diǎn)”(1)三種狀態(tài)①線圈通電瞬間可把自感線圈看成斷路。②斷電時(shí)自感線圈相當(dāng)于電源。③電流穩(wěn)定后，自感線圈相當(dāng)于導(dǎo)體電阻，理想線圈的電阻為0，相當(dāng)于短路。(2)一個(gè)特點(diǎn)在發(fā)生自感現(xiàn)象時(shí)，線圈中電流不發(fā)生“突變”。

如圖所示的電路，可用來測(cè)定自感系數(shù)較大的線圈的直流電阻，線圈兩端并聯(lián)一個(gè)電壓表，用來測(cè)量自感線圈兩端的直流電壓，在測(cè)量完畢后，將電路拆開時(shí)應(yīng)

(

)A．先斷開開關(guān)S1

B．先斷開開關(guān)S2C．先拆去電流表

D．先拆去電阻RB

案例解析：該電路實(shí)際上就是伏安法測(cè)電感線圈的直流電阻電路，在實(shí)驗(yàn)完畢后，由于線圈的自感現(xiàn)象，若電路拆去的先后順序不對(duì)，可能會(huì)燒壞電表。當(dāng)S1、S2閉合，電路穩(wěn)定時(shí)，線圈中的電流由a→b，

表右端為“＋”，左端為“－”，指針正向偏轉(zhuǎn)，若先斷開S1，或先拆

表，或先拆去電阻R，則在此瞬間，線圈中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)相當(dāng)于瞬間電源，其a端相當(dāng)于電源的負(fù)極，b端相當(dāng)于電源的正極，相當(dāng)于給

表加了一個(gè)反向電壓，使指針反偏。由“自感系數(shù)較大的線圈”知其反偏電壓較大，可能會(huì)損壞

表。而先斷開S2，由于電壓表內(nèi)阻很大，電路中總電阻變化很小，電流幾乎不變，不會(huì)損壞其他器件，故應(yīng)先斷開S2。課堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)1．(2021·北京市通州區(qū)高二下學(xué)期段考)如圖所示為演示自感現(xiàn)象的電路圖，L是電感線圈，且電阻不為零。實(shí)驗(yàn)時(shí)，斷開開關(guān)S瞬間，下列說法正確的是

(

)

A．燈A立即熄滅B．線圈L中電流增大C．線圈L中電流方向與原來相反D．燈A中電流方向向左D

解析：開關(guān)S閉合穩(wěn)定狀態(tài)后，當(dāng)開關(guān)斷開后燈泡中原電流立即完全消失，而線圈由于自感作用阻礙其自身電流的減小，故線圈與燈泡組成回路，其電流IL逐漸減小，方向不變，燈泡中由原來的電流I變?yōu)殡娏鱅L，逐漸熄滅，流過燈泡的電流的方向向左；故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。2．(2021·北京四中順義分校高二下學(xué)期期中)如圖所示的電路中，A1和A2是完全相同的燈泡，線圈L的電阻可以忽略。下列說法中正確的是

(

)A．合上開關(guān)S接通電路時(shí)，A2先亮，A1后亮，最后一樣亮B．合上開關(guān)S接通電路時(shí)，A1和A2始終一樣亮C．?dāng)嚅_開關(guān)S切斷電路時(shí)，A2立刻熄滅，A1過一會(huì)才熄滅D．?dāng)嚅_開關(guān)S切斷電路時(shí)，A1會(huì)閃亮一下再熄滅A

解析：合上開關(guān)S接通電路時(shí)，A2先亮，在電感作用下A1支路電流緩慢增加A1后亮，由于電感電阻不計(jì)，兩燈泡相同，最后一樣亮。故A正確，B錯(cuò)誤；斷開開關(guān)S切斷電路時(shí)，A1和A2構(gòu)成新回路，電流為原A1支路電流，故兩燈均過一會(huì)熄滅。因電流未增加不會(huì)閃亮一下，C、D錯(cuò)誤。3．(2020·陜西西北工業(yè)大學(xué)附中高二月考)彩色電視機(jī)的電源輸入端裝有電源濾波器，其電路圖如圖所示，主要元件是兩個(gè)線圈L1、L2，它們的自感系數(shù)很大，F(xiàn)是保險(xiǎn)絲，R是壓敏電阻(正常情況下阻值很大，但電壓超過設(shè)定值時(shí)，阻值會(huì)迅速減小，可以保護(hù)與