新教材同步系列2024春高中物理第2章電磁感應(yīng)第4節(jié)互感和自感學(xué)生用書粵教版選擇性必修第二冊

第四節(jié)互感和自感1．了解互感與自感現(xiàn)象，相識自感電動勢對電路中電流的影響。2．了解自感系數(shù)及自感電動勢的表達(dá)式E＝LΔI3．了解生活和生產(chǎn)中的自感現(xiàn)象的應(yīng)用與防治。學(xué)問點(diǎn)一互感現(xiàn)象當(dāng)線圈A中電流發(fā)生變更時，它產(chǎn)生的變更的磁場在線圈B中激發(fā)出了__________。依據(jù)______思想，線圈B中感應(yīng)電流的變更，同時也會在線圈A中產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動勢。這種現(xiàn)象稱為互感，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢稱為__________。互感現(xiàn)象也可以發(fā)生在兩個相互靠近的____之間。學(xué)問點(diǎn)二自感現(xiàn)象1．自感現(xiàn)象：當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變更時，線圈本身產(chǎn)生的__________，阻礙原來電流變更的現(xiàn)象。2．通電自感和斷電自感項(xiàng)目電路現(xiàn)象自感電動勢的作用通電自感接通電源的瞬間，燈泡A1________________電流的增加斷電自感斷開開關(guān)的瞬間，燈泡A____________電流的減小3．自感電動勢在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。學(xué)問點(diǎn)三自感系數(shù)1．定義：描述________自身特性的物理量，又稱自感或電感。2．物理意義：表示線圈產(chǎn)生自感電動勢本事大小的物理量。3．大小的確定因素：與線圈的大小、形態(tài)、匝數(shù)以及有無____等因素有關(guān)。4．單位：國際單位是亨利，簡稱亨，符號是__，常用的還有毫亨(mH)和微亨(μH)，1H＝______mH＝______μH。學(xué)問點(diǎn)四生活、生產(chǎn)中的自感現(xiàn)象1．自感現(xiàn)象廣泛地存在于生活、生產(chǎn)之中。人們經(jīng)常利用自感現(xiàn)象，比如通過斷電自感來產(chǎn)生____，日光燈、汽車發(fā)動機(jī)點(diǎn)火器、________________等都利用了這一原理。2．自感現(xiàn)象也會產(chǎn)生危害，生產(chǎn)中的大型電動機(jī)一般都有自感系數(shù)很大的線圈。當(dāng)電路中開關(guān)斷開時，線圈會產(chǎn)生很大的自感電動勢，使開關(guān)的閘刀和固定夾片之間的空氣電離而變成導(dǎo)體，形成____。這不僅會燒壞開關(guān)，甚至還會危害到操作人員的平安，因此，切斷這種電路時必需采納特制的________。1．思索推斷(正確的畫“√”，錯誤的畫“×”)(1)自感現(xiàn)象是由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變更而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。 ()(2)線圈中自感電動勢的方向總與引起自感的原電流的方向相反。 ()(3)線圈中自感電動勢的大小與穿過線圈的磁通量變更的快慢有關(guān)。 ()(4)線圈的自感系數(shù)由線圈本身的因素及有無鐵芯確定。 ()(5)當(dāng)電流增加時，自感電動勢的方向與原來的電流反向，當(dāng)電流減小時與原來的電流同向。 ()2．通過一個線圈的電流在勻稱增大時，則這個線圈的()A．自感系數(shù)也將勻稱增大B．自感電動勢也將勻稱增大C．磁通量保持不變D．自感系數(shù)和自感電動勢不變3．(多選)如圖所示，帶鐵芯的自感線圈的電阻與電阻R的阻值相同，A1和A2是兩個完全相同的電流表，則下列說法中正確的是()A．閉合S瞬間，電流表A1示數(shù)小于A2示數(shù)B．閉合S瞬間，電流表A1示數(shù)等于A2示數(shù)C．?dāng)嚅_S瞬間，電流表A1示數(shù)大于A2示數(shù)D．?dāng)嚅_S瞬間，電流表A1示數(shù)等于A2示數(shù)(1)如圖所示為一小型變壓器，其兩線圈并不連接，它們是怎樣完成能量傳遞的？(2)如圖所示，在演示斷電自感試驗(yàn)時，有時燈泡D會閃亮一下，然后漸漸熄滅，你能說出是什么緣由導(dǎo)致的嗎？互感現(xiàn)象的理解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?！镜淅?】(多選)如圖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．假如斷開B線圈的開關(guān)S2，無延時作用D．假如斷開B線圈的開關(guān)S2，延時時間變長[聽課記錄]當(dāng)S1、S2均閉合時，電磁鐵F將銜鐵D吸下，C電路接通，當(dāng)S1斷開時，線圈B中的磁通量變更，從而出現(xiàn)感應(yīng)電流，致使電磁鐵F仍有磁性，延遲一段時間銜鐵D才被釋放，若S2處于斷開狀態(tài)，當(dāng)S1斷開時，線圈B中不會有感應(yīng)電流，則不會出現(xiàn)延遲現(xiàn)象。[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．(2024·上海復(fù)旦附中高二期末)如圖所示，1831年法拉第把兩個線圈繞在一個鐵環(huán)上，A線圈與電源、滑動變阻器R組成一個回路，B線圈與開關(guān)S、電流表G組成另一個回路。通過多次試驗(yàn)，法拉第最終總結(jié)出產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件。關(guān)于該試驗(yàn)下列說法正確的是()A．閉合開關(guān)S的瞬間，電流表G中有a→b的感應(yīng)電流B．閉合開關(guān)S的瞬間，電流表G中有b→a的感應(yīng)電流C．閉合開關(guān)S后，在減小電阻R的過程中，電流表G中有a→b的感應(yīng)電流D．閉合開關(guān)S后，在減小電阻R的過程中，電流表G中有b→a的感應(yīng)電流自感現(xiàn)象的理解1．對自感現(xiàn)象的理解：自感現(xiàn)象是一種電磁感應(yīng)現(xiàn)象，遵從法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律。2．對自感電動勢的理解(1)產(chǎn)生緣由：通過線圈的電流發(fā)生變更，導(dǎo)致穿過線圈的磁通量發(fā)生變更，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，自感電動勢方向與原電流方向相同(增反減同)。(3)自感電動勢的作用：阻礙原電流的變更，而不是阻擋，電流仍在變更，只是使原電流的變更時間變長，即總是起著推遲電流變更的作用。3．對電感線圈阻礙作用的理解(1)若電路中的電流正在變更，電感線圈會產(chǎn)生自感電動勢阻礙電路中電流的變更，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?！镜淅?】關(guān)于線圈中自感電動勢大小的說法中正確的是()A．電感肯定時，電流變更越大，自感電動勢越大B．電感肯定時，電流變更越快，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[聽課記錄](1)電流變更時，電感線圈產(chǎn)生自感電動勢，對電流的變更有阻礙作用。(2)電流穩(wěn)定時，電感線圈不產(chǎn)生自感電動勢，相當(dāng)于一段導(dǎo)體，阻值即為直流電阻。[跟進(jìn)訓(xùn)練]2．如圖所示的電路中，電源電動勢為E，線圈L的電阻不計(jì)。以下推斷正確的是()A．閉合S，穩(wěn)定后，電容器兩端電壓為EB．閉合S，穩(wěn)定后，電容器的a極帶正電C．?dāng)嚅_S的瞬間，電容器的a極板將帶正電D．?dāng)嚅_S的瞬間，電容器的a極板將帶負(fù)電通電自感與斷電自感問題通電自感與斷電自感的比較項(xiàng)目通電自感斷電自感電路圖器材要求A1、A2同規(guī)格，R＝RL，L較大L很大(有鐵芯)，RL?RA現(xiàn)象在S閉合瞬間，A2燈馬上亮起來，A1燈漸漸變亮，最終一樣亮在開關(guān)S斷開時，燈A突然閃亮一下后再漸漸熄滅(當(dāng)抽掉鐵芯后，重做試驗(yàn)，斷開開關(guān)S時，會看到燈A立刻熄滅)緣由由于開關(guān)閉合時，流過電感線圈的電流快速增大，使線圈產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的增大，使流過A1燈的電流比流過A2燈的電流增加得慢斷開開關(guān)S時，流過線圈L的電流減小，使線圈產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的減小，使電流接著存在一段時間；在S斷開后，通過L的電流反向通過電燈A，且由于RL?RA，使得流過A燈的電流在開關(guān)斷開瞬間突然增大，從而使A燈的發(fā)光功率突然變大能量轉(zhuǎn)化狀況電能轉(zhuǎn)化為磁場能磁場能轉(zhuǎn)化為電能【典例3】(多選)圖中兩個電路是探討自感現(xiàn)象的電路，對試驗(yàn)結(jié)果的描述正確的是()A．接通開關(guān)時，燈A2馬上就亮，A1稍晚一會兒亮B．接通開關(guān)時，燈A1馬上就亮，A2稍晚一會兒亮C．?dāng)嚅_開關(guān)時，燈A1馬上熄滅，A2稍晚一會兒熄滅D．?dāng)嚅_開關(guān)時，燈A2馬上熄滅，A1稍晚一會兒熄滅[思路點(diǎn)撥]①與線圈L串聯(lián)的燈泡與線圈中電流肯定相等。②與線圈L并聯(lián)的燈泡的電流與線圈中電流可以不同。[聽課記錄]通、斷電自感現(xiàn)象的推斷技巧(1)通電時線圈產(chǎn)生的自感電動勢阻礙電流的增加，且與電流方向相反，使電流相對緩慢地增加。(2)斷電時線圈產(chǎn)生的自感電動勢與原電流方向相同，在與線圈串聯(lián)的回路中，線圈相當(dāng)于電源，它供應(yīng)的電流漸漸變小。(3)電流穩(wěn)定時，若線圈有電阻時就相當(dāng)于一個定值電阻，若不計(jì)線圈的電阻時就相當(dāng)于一根導(dǎo)線。[跟進(jìn)訓(xùn)練]3．如圖所示，a、b、c為三個相同的燈泡，額定電壓稍大于電源的電動勢，電源內(nèi)阻可以忽視。L是一個本身電阻可忽視的電感線圈。開關(guān)S閉合，現(xiàn)突然斷開，已知在這一過程中燈泡都不會燒壞，則下列關(guān)于c燈泡的說法中正確的是()A．亮度保持不變B．將閃亮一下，而后漸漸熄滅C．將閃亮一下，而后漸漸復(fù)原原來的亮度D．將變暗一下，而后漸漸復(fù)原原來的亮度1．關(guān)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，自感電動勢肯定越大B．線圈中的電流等于零時，自感系數(shù)也等于零C．線圈中電流變更越快，自感系數(shù)越小D．線圈的自感系數(shù)由線圈本身的因素及有無鐵芯確定2．(2024·湖北宜城第一中學(xué)高二期中)在如圖所示的電路中，A1和A2是兩個相同的燈泡。線圈L的自感系數(shù)足夠大，電阻可以忽視不計(jì)，下列說法正確的是()A．閉合開關(guān)S時，A2先亮，A1漸漸變亮B．閉合開關(guān)S時，A1和A2同時亮C．?dāng)嚅_開關(guān)S時，A2閃亮一下再熄滅D．?dāng)嚅_開關(guān)S時，流過A2的電流方向向左3．如圖是用電流傳感器(電流傳感器相當(dāng)于電流表，其電阻可以忽視不計(jì))探討自感現(xiàn)象的試驗(yàn)電路，電源的電動勢為E，內(nèi)阻為r，自感線圈L的自感系數(shù)足夠大，其直流電阻值大于燈泡D的阻值，在t＝0時刻閉合開關(guān)S，經(jīng)過一段時間后，在t＝t1時刻斷開開關(guān)S。在選項(xiàng)圖所示的圖像中，可能正確表示電流傳感器記錄的電流隨時間變更狀況的是()ABCD4．某同學(xué)在做如圖所示的自感試驗(yàn)中，燈泡兩端并聯(lián)了自感系數(shù)L很大的自感線圈，其直流電阻大于燈泡電阻。關(guān)于該試驗(yàn)，下列說法正確的是()A．S接通瞬間，燈泡會漸漸變亮B．S接通穩(wěn)定時，燈泡會熄滅C．S斷開后的瞬間，燈泡的電流從右向左D．S斷開后，燈泡會閃亮一下再熄滅回來本節(jié)內(nèi)容，自我完成以下問題：1．什么叫互感現(xiàn)象？2．什么叫自感現(xiàn)象？3．自感電動勢對電流的作用？4．自感系數(shù)與哪些因素有關(guān)？日光燈日光燈正常發(fā)光時燈管兩端只允許通過較低的電流，所以加在燈管上的電壓略低于電源電壓，但是日光燈起先工作時須要一個較高電壓擊穿，所以在電路中加入了鎮(zhèn)流器，不僅可以在啟動時產(chǎn)生較高電壓，同時可以在日光燈工作時穩(wěn)定電流。如圖所示，當(dāng)開關(guān)接通的時候，電源電壓馬上通過鎮(zhèn)流器和燈管燈絲加到啟輝器的兩極。220伏的電壓馬上使啟輝器的惰性氣體電離，產(chǎn)生輝光放電。輝光放電的熱量使雙金屬片受熱膨脹，輝光產(chǎn)生的熱量使U形動觸片膨脹伸長，跟靜觸片接通，電流通過鎮(zhèn)流器、啟輝器觸極和兩端燈絲構(gòu)成通路。燈絲很快被電流加熱，放射出大量電子。這時，由于啟輝器兩極閉合，兩極間電壓為零，輝光放電消逝，管內(nèi)溫度降低；雙金屬片自動復(fù)位，兩極斷開。在兩極斷開的瞬間，電路電流突然切斷，鎮(zhèn)流器產(chǎn)生很大的自感電動勢，與電源電壓疊加后作用于管兩端。燈絲受熱時放射出來的大量電子，在燈管兩端高電壓作用下，以極大的速度由低電勢端向高電勢端運(yùn)動。在加速運(yùn)動的過程中，碰撞管內(nèi)氬氣分子，使之快速電離。氬氣電離生熱，熱量使水銀產(chǎn)生蒸氣，隨之水銀蒸氣也被電離，并發(fā)出劇烈的紫外線。在紫外線的激發(fā)下，管壁內(nèi)的熒光粉發(fā)出近乎白色的可見光。日光燈正常發(fā)光后。由于溝通電不斷通過鎮(zhèn)流器的線圈，線圈中產(chǎn)生自感電動勢，自感電動勢阻礙線圈中的電流變更。鎮(zhèn)流器起到降壓限流的作用，使電流穩(wěn)定在燈管的額定電流范圍內(nèi)，燈管兩端電壓也穩(wěn)定在額定工作電壓范圍內(nèi)。鎮(zhèn)流器在啟動時和在正常工作時起什么作用？啟輝器中電容器的作用是什么？第四節(jié)互感和自感[必備學(xué)問·自主預(yù)習(xí)儲備]學(xué)問梳理學(xué)問點(diǎn)一感應(yīng)電動勢對稱性互感電動勢電路學(xué)問點(diǎn)二1．感應(yīng)電動勢2．較慢地亮起來阻礙漸漸變暗阻礙學(xué)問點(diǎn)三1．通電線圈3．鐵芯4．H103106學(xué)問點(diǎn)四1．高壓煤氣灶電子點(diǎn)火器2．電弧平安開關(guān)基礎(chǔ)自測1．(1)√(2)×(3)√(4)√(5)√2．D[線圈的磁通量與電流大小有關(guān)，電流增大，由法拉第電磁感應(yīng)定律知，磁通量變更，C項(xiàng)錯誤；自感系數(shù)由線圈本身確定，與電流大小無關(guān)，A項(xiàng)錯誤；自感電動勢E＝LΔIΔt，與自感系數(shù)和電流變更率有關(guān)，對于給定的線圈，L3．AD[閉合S瞬間，由于自感線圈L的阻礙，使得I1<I2，電流表A1示數(shù)小于A2示數(shù)，A正確，B錯誤；斷開S瞬間，自感線圈L與R形成閉合回路，因此電流表A1示數(shù)等于A2示數(shù)，C錯誤，D正確。][關(guān)鍵實(shí)力·情境探究達(dá)成]情境探究(1)提示：通過互感，能量從一個線圈傳遞到另一線圈。(2)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IL＞ID。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漸漸熄滅。典例1BC[線圈A中的磁場隨開關(guān)S1的閉合而產(chǎn)生，隨S1的斷開而消逝。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中的磁場變?nèi)?，線圈B中有感應(yīng)電流，B中電流產(chǎn)生的磁場接著吸引D而起到延時的作用，所以選項(xiàng)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，所以選項(xiàng)C正確，D錯誤。]跟進(jìn)訓(xùn)練1．C[閉合與斷開開關(guān)S的瞬間，穿過線圈B的磁通量都不發(fā)生變更，電流表G中均無感應(yīng)電流，故A、B錯誤；閉合開關(guān)S后，在減小電阻R的過程中，電流增大，則通過線圈B的磁通量增大，依據(jù)右手螺旋定則可確定穿過線圈B的磁場方向，再依據(jù)楞次定律可知電流表G中有a→b的感應(yīng)電流，故C正確，D錯誤。]典例2B[由自感電動勢E＝LΔIΔt得L肯定時，E跟進(jìn)訓(xùn)練2．C[閉合S，穩(wěn)定后，線圈L相當(dāng)于導(dǎo)線，則電容器被短路，則其電壓為零，故A錯誤；電容器的電壓為零，a極板不帶電，故B錯誤；斷開S的瞬間，線圈L中電流減小，產(chǎn)生自感電動勢，相當(dāng)于電源，給電容器充電，依據(jù)線圈的電流方向不變，則電容器的a極板將帶正電，故C正確，D錯誤。]典例3AC[接通開關(guān)時，A2馬上就亮，A1與線圈串聯(lián)，由于自感電動勢的作用，電流漸漸變大，所以A1稍晚一會兒亮，A正確；斷開開關(guān)時，A1馬上熄滅，A2由于和線圈構(gòu)成回路，回路中電流漸漸減小，所以稍晚一會兒熄滅，C正確。]跟進(jìn)訓(xùn)練3．C[當(dāng)開關(guān)合上，穩(wěn)定后，燈泡a短路，不亮，b、c兩燈的電壓為電源電壓，通過L的電流為E電壓下燈泡工作電流的2倍。開關(guān)S斷開后，a、b燈串聯(lián)后與c燈并聯(lián)接到電路中，由于自感電動勢的作用，斷電瞬間，通過L的電流成為通過c的電流，即原電流的2倍，c燈閃亮，但是穩(wěn)定后c兩端的電壓仍是E，所以最終復(fù)原原亮度，故A、B、D錯誤，C正確。][學(xué)習(xí)效果·隨堂評估自測]1．D[線圈的自感系數(shù)是由線圈本身的因素及有無鐵芯確定的，與有無電流、電流變更狀況都沒有關(guān)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(guān)，還與電流的變更率有關(guān)，故A錯誤。]2．A[當(dāng)開關(guān)S閉合時，燈A2馬上發(fā)光。電流通過線圈，穿過線圈的磁通量增大，依據(jù)楞次定律可知線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與原來電流方向相反，阻礙電流的增大，電路的電流只能漸漸增大，所以A1漸漸亮起來，所以A2比A1先亮，由于線圈直流電阻忽視不計(jì)，當(dāng)電流漸漸穩(wěn)定時，線圈不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，兩燈電流相等，亮度相同，故A正確，B錯誤；穩(wěn)定后，當(dāng)開關(guān)S斷開后，由于自感，線圈中的電流只能漸漸減小，其相當(dāng)于電源，與燈泡A1和A2串聯(lián)，兩燈電流相同