第4節(jié)　互感和自感 教學課件

物理第二章電磁感應(yīng)第4節(jié)互感和自感[學習目標]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，認識自感電動勢對電路中電流的影響。3．了解自感系數(shù)的意義和決定因素。4．知道磁場具有能量。01必備知識素養(yǎng)奠基02關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成03分層演練素養(yǎng)達標知識點1互感現(xiàn)象1．互感：兩個線圈之間并沒有導線相連，但當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)象叫作_______，這種感應(yīng)電動勢叫作______________?；ジ谢ジ须妱觿?．互感的應(yīng)用：利用互感現(xiàn)象可以把_______由一個線圈傳遞到另一個線圈，如變壓器就是利用______________制成的。3．互感的危害：互感現(xiàn)象能發(fā)生在任何兩個相互靠近的電路之間，互感現(xiàn)象有時會影響電路的正常工作。能量互感現(xiàn)象知識點2自感現(xiàn)象1．自感：當一個線圈中的電流發(fā)生_______時，它產(chǎn)生的_______的磁場在它本身激發(fā)出感應(yīng)電動勢的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。這個電動勢叫作自感電動勢。變化變化2．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逐漸變暗或閃亮一下再逐漸變暗，直至熄滅阻礙電流的減小[判一判]1．(1)互感現(xiàn)象只能發(fā)生于繞在同一鐵芯的兩個線圈之間，而不可能產(chǎn)生于相互靠近的電路之間。(

)(2)自感現(xiàn)象中感應(yīng)電流的方向一定與引起自感的原電流的方向相反。(

)(3)互感現(xiàn)象和自感現(xiàn)象均屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象。(

)××√2．自感系數(shù)(1)單位：_______，符號是H。(2)決定自感系數(shù)大小的因素：線圈的_______、_______、_______以及______________等。自感自感系數(shù)亨利圈數(shù)大小形狀有無鐵芯知識點4磁場的能量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_______，儲存在_______中。2．線圈中電流減小時：_______中的能量釋放出來轉(zhuǎn)化為電能。磁場磁場磁場[判一判]2．(1)線圈的自感系數(shù)大，其電阻不一定大。(

)(2)在斷開電路時，與線圈并聯(lián)的燈泡會亮一下后再逐漸熄滅，說明能量不再守恒了。(

)(3)自感系數(shù)越大，自感電動勢不一定越大。(

)√×√1．(對互感現(xiàn)象的理解)在無線電儀器中，常需要在距離較近的地方安裝兩個線圈，并要求一個線圈中有電流變化時，對另一個線圈中的電流影響盡量小，則下圖中兩個線圈的相對安裝位置最符合該要求的是(

)√解析：某一個線圈的磁場通過另一個線圈的磁通量的變化率越小，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的情形，這樣其中一個線圈的磁場通過另一個線圈的磁通量的變化應(yīng)為0，故D正確。2．(對自感現(xiàn)象的理解)(多選)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。下列說法正確的是(

)

A．合上開關(guān)S接通電路時，A2先亮，A1后亮，最后一樣亮B．合上開關(guān)S接通電路時，A1和A2始終一樣亮C．斷開開關(guān)S切斷電路時，A2立刻熄滅，A1過一會兒才熄滅D．斷開開關(guān)S切斷電路時，A1和A2都要過一會兒才熄滅√√解析：由于自感現(xiàn)象，合上開關(guān)時，A1中的電流緩慢增大到某一個值，故過一會兒才亮；斷開開關(guān)時，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，相當于新電源，A1中的電流緩慢減小到0，A1、A2串聯(lián)，其電流始終相等，故兩燈都是過一會兒才熄滅，故A、D正確。3．(自感系數(shù))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，自感電動勢就一定越大B．線圈中電流等于0時，自感系數(shù)也等于0C．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)由線圈本身的性質(zhì)及有無鐵芯決定解析：自感系數(shù)是由線圈的大小、形狀、匝數(shù)、有無鐵芯等因素決定的，故B、C錯誤，D正確；自感電動勢不僅與自感系數(shù)有關(guān)，還與電流變化快慢有關(guān)，故A錯誤?！?.(自感現(xiàn)象中的圖像問題)如圖所示的電路中，電源的電動勢為E、內(nèi)阻為r，電感L的電阻不計，電阻R的阻值大于燈泡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S。下列表示A、B兩點間電壓UAB隨時間t變化的圖像，正確的是(

)√探究一對互感現(xiàn)象的理解【問題導引】在法拉第的實驗中兩個線圈并沒有用導線連接，當一個線圈中的電流變化時，另一個線圈中為什么會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢呢？

提示：兩個線圈之間并沒有導線相連，但當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。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)生于任何兩個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?！纠?】(多選)目前無線電力傳輸已經(jīng)比較成熟，一種非接觸式電源供應(yīng)系統(tǒng)如圖甲所示。這種系統(tǒng)基于電磁感應(yīng)原理可無線傳輸電力，兩個感應(yīng)線圈可以放置在左右相鄰或上下相對的位置，原理示意圖如圖乙所示。利用這一原理，可以實現(xiàn)對手機進行無線充電。下列說法正確的是(

)A．若A線圈中輸入電流，B線圈中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢B．只有A線圈中輸入變化的電流，B線圈中才會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢C．A中電流越大，B中感應(yīng)電動勢越大D．A中電流變化越快，B中感應(yīng)電動勢越大√√[針對訓練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隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示，下列說法正確的是(

)

A．t1時刻，兩環(huán)作用力最大B．t2和t3時刻，兩環(huán)相互吸引C．t2時刻兩環(huán)相互吸引，t3時刻兩環(huán)相互排斥D．t3和t4時刻，兩環(huán)相互吸引√解析：t1時刻B環(huán)中感應(yīng)電流為0，故兩環(huán)作用力為0，A錯誤；t2和t3時刻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錯誤；t4時刻A環(huán)中電流為0，兩環(huán)無相互作用，D錯誤。探究二對自感現(xiàn)象的理解【問題導引】1．如圖所示，先閉合S，調(diào)節(jié)R2使A1、A2的亮度相同，再調(diào)節(jié)R1，使A1、A2都正常發(fā)光，然后斷開S。再次閉合S，觀察到什么現(xiàn)象？為什么有這樣的現(xiàn)象？2．如圖所示，L為自感系數(shù)較大的線圈，其直流電阻比燈泡的電阻小，先閉合開關(guān)使燈泡發(fā)光，然后斷開開關(guān)。觀察到什么現(xiàn)象？為什么有這樣的現(xiàn)象？提示：1.現(xiàn)象：燈泡A2立即發(fā)光，燈泡A1逐漸亮起來。原因：電路接通時，電流由0開始增加，穿過線圈L的磁通量逐漸增加，為了阻礙磁通量的增加，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通量與原來電流產(chǎn)生的磁通量方向相反，則線圈中感應(yīng)電動勢的方向與原來的電流方向相反，阻礙了L中電流的增加，即推遲了電流達到穩(wěn)定值的時間。2．現(xiàn)象：燈泡A閃亮一下再熄滅。原因：燈泡斷電后自感線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流比開關(guān)斷開前流過燈泡的電流大。要想使燈泡閃亮一下再熄滅，就必須使自感線圈的電阻小于與之并聯(lián)的燈泡的電阻。而當線圈電阻大于或等于燈泡的電阻時，燈泡就會緩慢變暗直至熄滅。1．自感系數(shù)自感系數(shù)是表示線圈產(chǎn)生自感電動勢本領(lǐng)大小的物理量，由線圈本身性質(zhì)決定，面積變大、匝數(shù)變多、增加鐵芯，都會使自感系數(shù)變大。2．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，電源把能量輸送給磁場，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。3．自感現(xiàn)象的分析思路(1)明確通過自感線圈的電流的變化情況(增大或減小)。(2)根據(jù)“增反減同”，判斷自感電動勢的方向。(3)阻礙結(jié)果分析：電流增大時，由于自感電動勢的作用，線圈中的電流逐漸增大，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，線圈中的電流逐漸減小，與線圈串聯(lián)的元件中的電流也逐漸減小。4．串并聯(lián)電路中燈泡亮度的變化

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，燈泡逐漸變亮電流I1快速增大，然后逐漸減小達到穩(wěn)定

與線圈串聯(lián)的燈泡與線圈并聯(lián)的燈泡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)定電流為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下燈泡中電流的方向均改變【例2】如圖所示的電路中A1和A2是兩個相同的小燈泡，L是一個自感系數(shù)相當大的線圈，其阻值與R相同。在開關(guān)S閉合和斷開時，燈泡A1和A2亮暗的順序是(

)A．閉合時A1先達最亮，斷開時A1后滅B．閉合時A2先達最亮，斷開時A1后滅C．閉合時A1先達最亮，斷開時A1先滅D．閉合時A2先達最亮，斷開時A2先滅√[解析]當開關(guān)S閉合時，A1和A2同時亮，但由于自感現(xiàn)象的存在，流過線圈的電流由0變大時，電流從0開始慢慢增加，所以開始時電流幾乎全部從A1通過，而該電流又將同時分路通過A2和R，所以A1先達最亮，經(jīng)過一段時間電路穩(wěn)定后，A1和A2達到一樣亮；當開關(guān)S斷開時，電源電流立即為0，因此A2立即熄滅，而A1，由于通過線圈的電流突然減小，線圈中產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流的減小，使線圈L和A1組成的閉合電路中有感應(yīng)電流，所以A1后滅?！纠?】如圖所示，P、Q是兩個完全相同的燈泡，L是直流電阻為零的純電感，且自感系數(shù)L很大，C是電容較大且不漏電的電容器，下列判斷正確的是(

)A．S閉合時，P、Q兩燈都是先亮后逐漸熄滅B．S閉合時，P燈、Q燈同時亮，然后P燈變暗，Q燈變得更亮C．S閉合，電路穩(wěn)定后，S斷開時，P燈突然亮一下，然后熄滅，Q燈立即熄滅D．S閉合，電路穩(wěn)定后，S斷開時，P燈突然亮一下，然后熄滅，Q燈逐漸熄滅√[解析]當S閉合瞬間，通過自感線圈的電流幾乎為零，故通過P、Q的電流幾乎相同，故兩燈同時亮，當電流穩(wěn)定時，P燈被短路而熄滅，此時通過Q燈的電流變大，故Q燈變亮，故A、B錯誤；S閉合，電路穩(wěn)定后，S斷開時，P燈與自感線圈L組成了閉合回路，P燈中的電流先增大后減小至零，故突然亮一下，然后熄滅，電容器與Q燈組成閉合回路，電容器放電，故Q燈逐漸熄滅，故C錯誤，D正確?！探馕觯洪_關(guān)S由斷開到閉合，回路中的電流要增大，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的自感電動勢要阻礙原電流的增加，但阻礙不是阻止，電流仍要增大，而達到穩(wěn)定后其電流為2I0，D正確。探究三自感現(xiàn)象中的圖像問題

【例4】(2022·北京東城期末)某同學想對比電感線圈和小燈泡對電路的影響，他設(shè)計了如圖甲所示的電路，電路兩端電壓U恒定，A1、A2為完全相同的電流傳感器。先閉合開關(guān)K得到如圖乙所示的i－t圖像，等電路穩(wěn)定后，斷開開關(guān)(斷開開關(guān)的實驗數(shù)據(jù)未畫出)。下列關(guān)于該實驗的說法正確的是(

)A．閉合開關(guān)時，自感線圈中電流為零，其自感電動勢也為零B．乙圖中的a曲線表示電流傳感器A2測得的數(shù)據(jù)C．斷開開關(guān)時，小燈泡會明顯閃亮后逐漸熄滅D．t1時刻小燈泡與線圈的電阻相等√[解析]

閉合開關(guān)時，自感線圈中電流為零，其線圈自感電動勢等于電源電動勢，故A錯誤；A2中電流等于自感線圈中電流，自感線圈中電流從零開始逐漸增大，最后趨于穩(wěn)定，故A2中數(shù)據(jù)應(yīng)為題圖乙中b曲線，故B錯誤；斷開開關(guān)前，兩支路中電流相等，剛斷開開關(guān)時，通電線圈的電流不變，故燈泡不會發(fā)生明顯閃亮，而是逐漸熄滅，故C錯誤；t1時刻，兩支路中電壓相等，電流相等，則電阻相等，即小燈泡與線圈的電阻相等，故D正確。[針對訓練3]在如圖所示的電路中，開關(guān)S是閉合的，此時流過線圈