物理人教版高中選擇性必修二（2019年新編）2-4互感和自感 課件

第4節(jié)互感和自感第二章電磁感應(yīng)知識點(diǎn)互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象：如圖所示電路中，兩個線圈之間并沒有導(dǎo)線相連，但當(dāng)一個線圈中的電流變化時，它所產(chǎn)生的變化的磁場會在另一個線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這種現(xiàn)象叫做互感現(xiàn)象．1新知探究知識點(diǎn)互感現(xiàn)象互感電動勢：在互感現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢叫做互感電動勢．1新知探究知識點(diǎn)互感現(xiàn)象對互感的三點(diǎn)理解(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)生于繞在同一鐵芯上的兩個線圈之間，而且可以發(fā)生于任何相互靠近的電路之間．(2)互感現(xiàn)象可以把能量由一個電路傳到另一個電路．變壓器就是利用互感現(xiàn)象制成的．(3)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，這時要求設(shè)法減小電路間的互感．1新知探究知識點(diǎn)自感現(xiàn)象自感現(xiàn)象當(dāng)一個線圈中的電流變化時，它產(chǎn)生的變化的磁場在自身線圈中激發(fā)出感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象．2新知探究知識點(diǎn)自感現(xiàn)象自感電動勢(1)定義：由于自身電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢．(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(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)電動勢．②自感電動勢的方向：當(dāng)原電流增大時，自感電動勢的方向與原電流方向相反；當(dāng)原電流減小時，自感電動勢的方向與原電流方向相同．③自感電動勢的作用：阻礙原電流的變化，起到推遲電流變化的作用．2新知探究知識點(diǎn)自感現(xiàn)象通電自感和斷電自感(1)通電自感和斷電自感的比較2新知探究電路現(xiàn)象自感電動勢的作用通電自感接通電源的瞬間，燈泡A1逐漸地亮起來阻礙電流的增大斷電自感斷開開關(guān)的瞬間，燈泡A逐漸變暗，直到熄滅阻礙電流的減少知識點(diǎn)自感現(xiàn)象通電自感和斷電自感(2)自感現(xiàn)象中，燈泡亮度變化的問題分析通斷電燈泡亮度變化問題，關(guān)鍵要搞清楚電路的連接情況，根據(jù)電路特點(diǎn)進(jìn)行具體分析.2新知探究與線圈串聯(lián)的燈泡與線圈并聯(lián)的燈泡電路圖知識點(diǎn)自感現(xiàn)象通電自感和斷電自感2新知探究與線圈串聯(lián)的燈泡與線圈并聯(lián)的燈泡通電時電流逐漸增大，燈泡逐漸變亮電流I1突然變大，然后逐漸減小達(dá)到穩(wěn)定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、I2①若I2≤I1，燈泡逐漸變暗②若I2＞I1，燈泡閃亮一下后逐漸變暗，兩種情況燈泡電流方向均改變知識點(diǎn)自感現(xiàn)象自感電動勢的大小2新知探究知識點(diǎn)自感現(xiàn)象2新知探究有的同學(xué)誤認(rèn)為線圈對變化電流的阻礙作用與對穩(wěn)定電流的阻礙作用相同辨析：(1)兩種阻礙作用產(chǎn)生的原因不同線圈對穩(wěn)定電流的阻礙作用，是由繞制線圈的導(dǎo)線的電阻決定的，對穩(wěn)定電流阻礙作用產(chǎn)生的原因，是金屬對定向運(yùn)動電子的阻礙作用，具體可用金屬導(dǎo)電理論理解．知識點(diǎn)自感現(xiàn)象2新知探究線圈對變化電流的阻礙作用，是由線圈的自感現(xiàn)象引起的，當(dāng)通過線圈中的電流變化時，穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的變化．知識點(diǎn)自感現(xiàn)象2新知探究線圈對變化電流的阻礙作用越大，電流變化得越慢．總之，穩(wěn)態(tài)電阻決定了電流所能達(dá)到的穩(wěn)定值，對變化電流的阻礙作用決定了要達(dá)到穩(wěn)定值所需的時間．這種阻礙作用并沒有將電能轉(zhuǎn)化成熱能．知識點(diǎn)自感現(xiàn)象2新知探究(1)自感電動勢阻礙自身電流的變化，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(guān)，電流變化越快，自感電動勢越大．(3)電流減小時，自感線圈中電流大小一定小于原先所通電流大小，自感電動勢可能大于原電源電動勢．知識點(diǎn)自感系數(shù)大?。壕€圈的長度越長，線圈的橫截面積越大，單位長度上的匝數(shù)越多，線圈的自感系數(shù)就越大，線圈有鐵芯比無鐵芯時自感系數(shù)大得多．3新知探究知識點(diǎn)自感系數(shù)單位：亨利(符號H)，1H＝103mH＝106μH.物理意義：表征線圈產(chǎn)生自感電動勢本領(lǐng)大小的物理量，數(shù)值上等于通過線圈的電流在1s內(nèi)改變1A時產(chǎn)生的自感電動勢的大?。?新知探究知識點(diǎn)自感現(xiàn)象【例題1】如圖所示,線圈的自感系數(shù)很大,直流電阻為零,電阻R>RL,在開關(guān)S斷開后,燈泡明暗情況如何變化?點(diǎn)撥:S斷開前燈泡中的電流由電源提供,S斷開后由于自感現(xiàn)象,線圈相當(dāng)于電源對燈泡供電。2新知探究知識點(diǎn)自感現(xiàn)象解析:當(dāng)S斷開后,原來電源提供的電流I2立即消失,但自感線圈貯存的磁場能釋放轉(zhuǎn)化成電能通過小燈泡。通過自感線圈的電流I1由于自感的作用,在電路切斷后是逐漸衰減的,因而S斷開后通過燈泡的電流由I1逐漸減小到零。因?yàn)镽>RL,所以I1<I2,即小燈泡在熄滅前不會比原來更亮。答案:小燈泡逐漸變暗直至熄滅。題后反思判斷小燈泡的明暗變化情況,也就是比較條件變化前后通過小燈泡中電流的變化情況。2新知探究知識點(diǎn)自感現(xiàn)象觸類旁通例題1中若R<RL,開關(guān)S斷開后,燈泡明暗情況如何變化?答案:小燈泡閃亮一下再逐漸變暗直至熄滅。這是因?yàn)殚_關(guān)斷開后,通過燈泡的電流由I1逐漸減小至零,而斷開前,I1>I2。2新知探究知識點(diǎn)自感現(xiàn)象2新知探究【例題2】如圖所示,多匝線圈L的電阻和電池內(nèi)阻不計,兩個電阻的阻值都是R,開關(guān)S原來是斷開的,電流電阻短路，線圈有自感電動勢產(chǎn)生，這一電動勢（）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,因而電流將保持I0不變D.有阻礙電流增大的作用,但電流最后還是增大到2I0知識點(diǎn)自感現(xiàn)象2新知探究解析:開關(guān)S由斷開到閉合,回路的電流要增大,因而在L上要產(chǎn)生自感電動勢,根據(jù)楞次定律,自感電動勢總是要阻礙引起它的電流的變化,這就是說由于電流增加引起自感電動勢,因此要阻礙原電流的增加。但阻礙不是阻止,電流仍要增大,因而達(dá)到穩(wěn)定后,其電流為2I0。選項(xiàng)D正確。答案:D知識點(diǎn)自感現(xiàn)象2新知探究【例題3】在制作精密電阻時,為了消除使用過程中由于電流變化而引起的自感現(xiàn)象,采用雙線并繞的方法,如圖所示。其道理是()A.當(dāng)電路中的電流變化時,兩股導(dǎo)線產(chǎn)生的自感電動勢相互抵消B.當(dāng)電路中的電流變化時,兩股導(dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)電流相互抵消C.當(dāng)電路中的電流變化時,兩股導(dǎo)線中原電流的磁通量相互抵消D.以上說法都不對知識點(diǎn)自感現(xiàn)象2新知探究解析:由于采用雙線并繞的方法,當(dāng)電流通過時,兩股導(dǎo)線中的電流方向是相反的,不管電流怎樣變化,任何時刻兩股電流總是等大反向的,所產(chǎn)生的磁通量也是等大反向的,故總磁通量等于零,在該線圈中不會產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象,因此消除了自感,選項(xiàng)A、B錯誤,只有C正確。答案:C題后反思只要我們掌握了自感現(xiàn)象的產(chǎn)生條件,就可以根據(jù)需要對自感現(xiàn)象進(jìn)行應(yīng)用或加以防止。知識點(diǎn)自感現(xiàn)象2新知探究【例題4】如圖所示的電路中,S閉合且穩(wěn)定后流過電感線圈的電流是2A,流過燈泡的電流是1A。將S突然斷開,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()知識點(diǎn)自感現(xiàn)象2新知探究解析:開關(guān)S斷開前,通過燈泡D的電流是穩(wěn)定的,其值為1A。開關(guān)S斷開瞬間,燈泡支路的電流立即減為零,但是自感線圈的支路由于自感現(xiàn)象會產(chǎn)生與線圈中原電流方向相同的感應(yīng)電動勢,使線圈中的電流從原來的2A逐漸減小,方向不變,且同燈泡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2A逐漸減小為零,但是方向與原來通過燈泡D的電流方向相反,選項(xiàng)D對。答案:D知識點(diǎn)磁場的能量自感現(xiàn)象中的磁場能量(1)線圈中電流從無到有時：磁場從無到有，電源的能量輸送給磁場，儲存在磁場中．(2)線圈中電流減小時：磁場中的能量釋放出來轉(zhuǎn)化為電能．電的“慣性”自感電動勢有阻礙線圈中電流變化的“慣性”.4新知探究知識點(diǎn)磁場的能量自感現(xiàn)象中的磁場能量(1)線圈中電流從無到有時：磁場從無到有，電源的能量輸送給磁場，儲存在磁場中．(2)線圈中電流減小時：磁場中的能量釋放出來轉(zhuǎn)化為電能．電的“慣性”自感電動勢有阻礙線圈中電流變化的“慣性”.4新知探究1．關(guān)于線圈的自感系數(shù)、自感電動勢的下列說法中正確的是（）A．線圈中電流變化越大，線圈自感系數(shù)越大B．對于某一線圈，自感電動勢正比于電流的變化量C．一個線圈的電流均勻增大，這個線圈的自感系數(shù)、自感電動勢都不變D．自感電動勢總與原電流方向相反課堂訓(xùn)練【答案】C【詳解】線圈的自感系數(shù)由線圈本身的特性決定，所以A錯誤；線圈的自感電動勢與線圈的自感系數(shù)以及電流的變化率成正比，與電流的變化量無關(guān)，所以B錯誤；線圈的自感系數(shù)由線圈本身的特性決定，所以線圈的自感系數(shù)不變，線圈電流均勻增大，即電流的變化率不變，所以線圈自感電動勢不變，所以C正確；課堂訓(xùn)練【答案】C【詳解】當(dāng)原電流增大時，會產(chǎn)生反方向的自感電流來阻礙電流的增大，此時自感電動勢的方向與原電流相反，當(dāng)原電流減小時，會產(chǎn)生同方向的自感電流來阻礙電流的減小，此時自感電動勢與原電流方向相反，所以D錯誤。故選C。課堂訓(xùn)練2．在制作精密電阻時，為了清除使用過程中由于電流變化而引起的自感現(xiàn)象，采用雙線并繞的方法，如圖所示。其原理是（）A．當(dāng)電路中的電流變化時，兩股導(dǎo)線產(chǎn)生的自感電動勢相互抵消B．當(dāng)電路中的電流變化時，兩股導(dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)電流相互抵消C．當(dāng)電路中的電流變化時，兩股導(dǎo)線中原電流的磁通量相互抵消D．以上說法都不對課堂訓(xùn)練【答案】C【詳解】兩個線圈中的電流大小相等，線圈匝數(shù)相等，并且鐵芯相同，所以每個線圈產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度相同，由于兩個線圈的繞向相同，但電流相反，所以其磁場方向相反，相互抵消，所以螺線管內(nèi)沒有磁場，兩股導(dǎo)線中原電流的磁通量相互抵消。故選C。課堂訓(xùn)練3．在研究自感現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中，用兩個完全相同的燈泡a、b與自感系數(shù)很大的線圈L和定值電阻R組成如圖所示的電路（線圈的直流電阻可忽略，電源的內(nèi)阻不能忽略），關(guān)于這個實(shí)驗(yàn)下面說法中正確的是（）A．閉合開關(guān)的瞬間，a、b一起亮，然后a熄滅B．閉合開關(guān)的瞬間，b比a先亮，然后b逐漸變暗C．閉合開關(guān)，待電路穩(wěn)定后斷開開關(guān)，b逐漸變暗，a閃亮一下然后逐漸變暗D．閉合開關(guān)，待電路穩(wěn)定后斷開開關(guān)，a、b燈中的電流方向均為從左向右課堂訓(xùn)練【答案】B【詳解】AB．閉合開關(guān)的瞬間，線圈中產(chǎn)生很大的自感電動勢，阻礙電流的通過，故b立即亮，a逐漸變亮。隨著a中的電流逐漸變大，流過電源的電流也逐漸變大，路端電壓逐漸變小，故b逐漸變暗，故A錯誤，B正確；C．電路穩(wěn)定后斷開開關(guān)，線圈相當(dāng)于電源，對a、b供電，回路中的電流在原來通過a的電流的基礎(chǔ)上逐漸變小，故a逐漸變暗，b閃亮一下然后逐漸變暗，故C錯誤；D．?dāng)嚅_開關(guān)后，線圈中的自感電流從左向右，a燈中電流從左向右，b燈中電流從右向左，故D錯誤；故選B。課堂訓(xùn)練4．手機(jī)無線充電是比較新穎的充電方式。如圖所示，電磁感應(yīng)式無線充電的原理與變壓器類似，通過分別安裝在充電基座和接收能量裝置上的線圈，利用產(chǎn)生的磁場傳遞能量。當(dāng)充電基座上的送電線圈通入正弦式交變電流后，就會在鄰近的受電線圈中感應(yīng)出電流，最終實(shí)現(xiàn)為手機(jī)電池充電。在充電過程中（）課堂訓(xùn)練A．送電線圈中電流產(chǎn)生的磁場呈周期性變化B．受電線圈中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場恒定不變C．送電線圈和受電線圈無法通過互感現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)能量傳遞D．手機(jī)和基座無需導(dǎo)線連接，這樣傳遞能量沒有損失課堂訓(xùn)練【答案】A【詳解】A．由于送電線圈中通入正弦式交變電流，根據(jù)麥克斯韋理論可知送電線圈中電流產(chǎn)生的磁場呈周期性變化，故A正確；B．周期性變化的磁場產(chǎn)生周期性變化的電場，所以受電線圈中感應(yīng)電流仍是正弦交流電，產(chǎn)生的磁場也是周期性變化的，故B錯誤；C．無線充電利用的是電磁感應(yīng)原理，所以送電線圈和受電線圈通過互感現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)能量傳遞，故C錯誤；D．無線充電器的優(yōu)點(diǎn)之一是不用傳統(tǒng)的充電線連接到需要充電的終端設(shè)備上的充電器，但充電過程中仍有電能量損失，故D錯誤。故選A。課堂訓(xùn)練5．某次實(shí)驗(yàn)的實(shí)物連線如圖所示，電源內(nèi)阻忽略不計，線圈的直流電阻與小燈泡的直流電阻相等，閉合電鍵穩(wěn)定后，小燈泡正常發(fā)光。斷開電鍵的瞬間，下列說法正確的是（）A．小燈泡突然