人教版(新教材)高中物理選擇性必修2學(xué)案2：2 4互感和自感

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊(cè)PAGEPAGE12.4互感和自感〖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，知道什么是互感現(xiàn)象和自感現(xiàn)象。2．觀察通電自感和斷電自感實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，了解自感現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)自感電動(dòng)勢(shì)的作用，能夠通過(guò)電磁感應(yīng)的有關(guān)規(guī)律分析通電自感和斷電自感現(xiàn)象。3．了解自感現(xiàn)象中自感電動(dòng)勢(shì)的作用，了解自感電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式E＝Leq\f(ΔI,Δt)，理解自感系數(shù)和自感系數(shù)的決定因素。4．通過(guò)對(duì)自感現(xiàn)象的研究，了解磁場(chǎng)的能量。〖自主學(xué)習(xí)〗知識(shí)點(diǎn)一互感現(xiàn)象〖新知導(dǎo)入〗如圖所示，兩個(gè)線圈A、B之間并沒(méi)有導(dǎo)線相連，線圈A與手機(jī)(或MP3等)的音頻輸出端連接，線圈B與擴(kuò)音器的輸入端連接。把線圈A插入線圈B時(shí)就能在擴(kuò)音器上聽(tīng)見(jiàn)由手機(jī)輸出的聲音，這是為什么？〖知識(shí)梳理〗1．定義兩個(gè)相互靠近的線圈，當(dāng)一個(gè)線圈中的電流變化時(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)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫作互感電動(dòng)勢(shì)。2．應(yīng)用互感現(xiàn)象可以把能量由一個(gè)線圈傳遞到另一個(gè)線圈。變壓器、收音機(jī)的“磁性天線”就是利用互感現(xiàn)象制成的。3．危害互感現(xiàn)象能發(fā)生在任何兩個(gè)相互靠近的電路之間。在電力工程和電子電路中，互感現(xiàn)象有時(shí)會(huì)影響電路的正常工作?！夹≡嚺５丁?．判斷正誤。(1)兩線圈相距較近時(shí)，可以產(chǎn)生互感現(xiàn)象；相距較遠(yuǎn)時(shí)，不產(chǎn)生互感現(xiàn)象。()(2)在實(shí)際生活中，有的互感現(xiàn)象是有害的，有的互感現(xiàn)象可以利用。()(3)只有閉合的回路才能產(chǎn)生互感。()(4)變壓器是利用互感現(xiàn)象制成的。()2．如圖所示，在同一鐵芯上繞著兩個(gè)線圈A、B，單刀雙擲開(kāi)關(guān)原來(lái)接“1”，現(xiàn)在把它從“1”扳向“2”，則在此過(guò)程中，電阻R中的電流方向是()A．先由P→Q，再由Q→P B．先由Q→P，再由P→QC．始終由Q→P D．始終由P→Q知識(shí)點(diǎn)二自感現(xiàn)象自感系數(shù)〖新知導(dǎo)入〗如圖所示，無(wú)軌電車(chē)在行駛過(guò)程中，由于車(chē)身顛簸，車(chē)頂上的集電弓瞬間脫離電網(wǎng)線，這時(shí)可以觀察到有電火花閃現(xiàn)。你知道產(chǎn)生電火花的原因嗎？〖知識(shí)梳理〗1．自感現(xiàn)象當(dāng)一個(gè)線圈中的電流變化時(shí)，它產(chǎn)生的變化的磁場(chǎng)在它本身激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。2．自感電動(dòng)勢(shì)由于自感而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。3．自感電動(dòng)勢(shì)的大小E＝Leq\f(ΔI,Δt)，其中L是自感系數(shù)，簡(jiǎn)稱自感或電感，單位：亨利，符號(hào)為H。4．自感系數(shù)大小的決定因素自感系數(shù)與線圈的大小、形狀、匝數(shù)，以及是否有鐵芯等因素有關(guān)。〖小試牛刀〗1．判斷正誤。(1)線圈的自感系數(shù)與電流大小無(wú)關(guān)，與電流的變化率有關(guān)。()(2)線圈自感電動(dòng)勢(shì)的大小與自感系數(shù)L有關(guān)，反過(guò)來(lái)，L與自感電動(dòng)勢(shì)也有關(guān)。()(3)線圈中電流最大的瞬間可能沒(méi)有自感電動(dòng)勢(shì)。()(4)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。()2．在如圖所示的電路中，A、B是兩個(gè)相同的小燈泡。L是一個(gè)帶鐵芯的線圈，其電阻可忽略不計(jì)。調(diào)節(jié)R，電路穩(wěn)定時(shí)兩小燈泡都正常發(fā)光，則()A．合上開(kāi)關(guān)時(shí)，A、B兩燈同時(shí)正常發(fā)光；斷開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，A、B兩燈同時(shí)熄滅B．合上開(kāi)關(guān)時(shí)，B燈比A燈先達(dá)到正常發(fā)光狀態(tài)C．?dāng)嚅_(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，A、B兩燈都不會(huì)立即熄滅，通過(guò)A、B兩燈的電流方向都與原電流方向相同D．?dāng)嚅_(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，A燈會(huì)突然閃亮一下后再熄滅知識(shí)點(diǎn)三磁場(chǎng)的能量〖新知導(dǎo)入〗斷電自感現(xiàn)象中，在斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后，燈泡仍然亮一會(huì)，是否違背能量守恒定律？〖知識(shí)梳理〗1．自感現(xiàn)象中的磁場(chǎng)能量(1)線圈中電流從無(wú)到有時(shí)，磁場(chǎng)從無(wú)到有，電源的能量輸送給磁場(chǎng)，儲(chǔ)存在磁場(chǎng)中。(2)線圈中電流減小時(shí)，磁場(chǎng)中的能量釋放出來(lái)轉(zhuǎn)化為電能。2．電的“慣性”自感電動(dòng)勢(shì)有阻礙線圈中電流變化的“慣性”?！夹≡嚺５丁?．判斷正誤。(1)有電流的線圈能量?jī)?chǔ)存在磁場(chǎng)中。()(2)斷電自感中，燈泡的能量來(lái)源于磁場(chǎng)。()(3)通電自感中，電源把能量輸送給磁場(chǎng)。()(4)線圈的自感系數(shù)越大，自感現(xiàn)象越明顯，線圈能夠體現(xiàn)電的“慣性”。()2．一種延時(shí)繼電器的示意圖如圖所示。鐵芯上有兩個(gè)線圈A和B。線圈A跟電源連接，線圈B兩端連在一起，構(gòu)成一個(gè)閉合電路。在斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S的時(shí)候，彈簧K并不會(huì)立刻將銜鐵D拉起而使觸頭C(連接工作電路)離開(kāi)，而是經(jīng)過(guò)一小段時(shí)間后才執(zhí)行這個(gè)動(dòng)作。延時(shí)繼電器就是因此而得名的。請(qǐng)解釋：當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)后，彈簧K為何不會(huì)立即將銜鐵拉起。〖課堂探究〗一、對(duì)通電自感的理解探究1：如圖所示，兩個(gè)燈泡A1、A2規(guī)格相同，實(shí)驗(yàn)前先閉合開(kāi)關(guān)S，調(diào)節(jié)電阻R2，使兩個(gè)燈的亮度相同，再調(diào)節(jié)可變電阻R1，使它們都正常發(fā)光，然后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S。重新接通電路，在閉合開(kāi)關(guān)后，觀察到兩個(gè)燈泡的發(fā)光情況是怎樣的？〖要點(diǎn)歸納〗1．通電瞬間自感線圈處相當(dāng)于斷路。2．接通瞬間，電路中的電流要增大，線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)的方向與原電流的方向相反，阻礙電流的增大，使電流逐漸增大到穩(wěn)定狀態(tài)。3．穩(wěn)定時(shí)自感線圈相當(dāng)于電阻(若線圈無(wú)電阻，則相當(dāng)于導(dǎo)線)。例1如圖所示，燈L1、L2完全相同，帶鐵芯的線圈L的電阻可忽略，則()A．S閉合的瞬間，L1、L2同時(shí)發(fā)光，接著L1變暗，L2變亮，最后L1熄滅B．S閉合瞬間，L1不亮，L2立即變亮C．S閉合瞬間，L1、L2都不立即變亮D．穩(wěn)定后再斷開(kāi)S的瞬間，L2熄滅，L1比L2(原先亮度)更亮規(guī)律方法(1)當(dāng)流過(guò)線圈的電流從零開(kāi)始增大，也可理解為線圈的電阻由無(wú)窮大逐漸減小到零。(2)當(dāng)流過(guò)線圈中的電流穩(wěn)定后，線圈相當(dāng)于導(dǎo)線；如果線圈對(duì)電流有阻礙作用，則相當(dāng)于純電阻。二、對(duì)斷電自感的理解探究2：如圖所示為演示斷電自感的電路，先閉合開(kāi)關(guān)使燈泡發(fā)光，然后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)。為什么燈泡A不立即熄滅？〖要點(diǎn)歸納〗1．對(duì)斷電自感的理解(1)如圖所示，當(dāng)電流處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，流過(guò)L的電流I1＝eq\f(E,r)(電源內(nèi)阻不計(jì))，方向由a→b，流過(guò)燈泡的電流I2＝eq\f(E,R)。斷開(kāi)S的瞬間，I2立即消失，而由于線圈的自感，I1不會(huì)馬上消失，線圈力圖維持I1的存在，所以線圈上產(chǎn)生一個(gè)b端為正、a端為負(fù)的自感電動(dòng)勢(shì)，與燈泡組成abcd回路，此時(shí)流過(guò)燈泡的電流則由I2變成I1，方向由d→c變成c→d。可見(jiàn)通過(guò)燈泡的電流大小與方向都發(fā)生了變化。(2)燈泡中的電流是否增大一下再減小(也就是燈泡是否閃亮一下再熄滅)，取決于I2與I1誰(shuí)大誰(shuí)小，也就是取決于R和r誰(shuí)大誰(shuí)小。①如果R>r，就有I1>I2，燈泡會(huì)先閃亮一下再漸漸熄滅。②如果R＝r，燈泡會(huì)由原來(lái)亮度漸漸熄滅。③如果R<r，燈泡會(huì)先立即暗一些，然后漸漸熄滅。2．對(duì)通電自感和斷電自感問(wèn)題的三點(diǎn)理解(1)通電時(shí)線圈產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的增加且與原電流方向相反。(2)斷電時(shí)線圈產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)與原來(lái)線圈中的電流方向相同，且在與線圈串聯(lián)的回路中，線圈相當(dāng)于電源，它提供的電流大小從原來(lái)的值逐漸變小。(3)自感電動(dòng)勢(shì)只是延緩了電流的變化,但它不能阻止原電流的變化,更不能使原電流反向。3．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，理想線圈電阻為零，相當(dāng)于短路。(2)一個(gè)特點(diǎn)：在發(fā)生自感現(xiàn)象時(shí)，電流不發(fā)生“突變”。例2圖1和圖2是演示自感現(xiàn)象的兩個(gè)電路圖，L1和L2為電感線圈。實(shí)驗(yàn)時(shí)，圖1中斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S1瞬間，燈A1突然閃亮，隨后逐漸變暗；圖2中閉合開(kāi)關(guān)S2，燈A2逐漸變亮，而另一個(gè)相同的燈A3立即變亮，最終A2與A3的亮度相同。下列說(shuō)法正確的是()A．圖1中，A1與L1的電阻值相同B．圖1中，閉合S1，電路穩(wěn)定后，A1中電流大于L1中電流C．圖2中，滑動(dòng)變阻器R與L2的電阻值相同D．圖2中，閉合S2瞬間，L2中電流與滑動(dòng)變阻器R中電流相等規(guī)律方法自感現(xiàn)象的分析思路(1)明確通過(guò)自感線圈的電流的變化情況(增大還是減小)。(2)根據(jù)楞次定律，判斷自感電動(dòng)勢(shì)的方向。(3)分析線圈中電流的變化情況，電流增強(qiáng)時(shí)(如通電時(shí))，由于自感電動(dòng)勢(shì)方向與原電流方向相反，阻礙電流增加，因此電流逐漸增大；電流減小時(shí)(如斷電時(shí))，線圈中電流逐漸減小，不能發(fā)生突變。(4)明確電路中元件與自感線圈的連接方式，若元件與自感線圈串聯(lián)，元件中的電流與線圈中電流有相同的變化規(guī)律；若元件與自感線圈并聯(lián)，元件上的電壓與線圈上的電壓有相同的變化規(guī)律；若元件與自感線圈構(gòu)成臨時(shí)回路，元件成為自感線圈的臨時(shí)外電路，元件中的電流大小與線圈中電流大小有相同的變化規(guī)律。

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖自主學(xué)習(xí)〗知識(shí)點(diǎn)一互感現(xiàn)象〖新知導(dǎo)入〗利用電磁感應(yīng)把能量從一個(gè)線圈傳遞到另一個(gè)線圈?！夹≡嚺５丁?．×√×√2．〖答案〗A〖解析〗由于A線圈磁場(chǎng)變化，使B線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流，這就是互感。將開(kāi)關(guān)由1扳到2的過(guò)程中，分兩個(gè)階段來(lái)分析電阻R上的電流方向。第一個(gè)階段，在開(kāi)關(guān)和1斷開(kāi)過(guò)程中，線圈A中電流沿原方向減小到零，線圈A的磁場(chǎng)自右向左并且也跟著減弱，導(dǎo)致穿過(guò)線圈B的磁通量減少。由楞次定律知，線圈B中會(huì)產(chǎn)生右上左下的感應(yīng)電流，即流過(guò)電阻R的電流方向是由P→Q；第二個(gè)階段，在開(kāi)關(guān)和2相接的過(guò)程中，線圈A中電流由零沿原方向增大，線圈A的磁場(chǎng)自右向左并且也跟著增強(qiáng)，導(dǎo)致穿過(guò)線圈B的磁通量增加。由楞次定律知，線圈B中會(huì)產(chǎn)生左上右下的感應(yīng)電流，即通過(guò)電阻R的電流方向是由Q→P。綜上分析可知，全過(guò)程中流過(guò)電阻R的電流方向先是由P→Q，然后是由Q→P，所以A正確。知識(shí)點(diǎn)二自感現(xiàn)象自感系數(shù)〖新知導(dǎo)入〗集電弓脫離電網(wǎng)線的瞬間電流減小，由于自感產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)很大，在集電弓與電網(wǎng)線的空隙處產(chǎn)生電火花?！夹≡嚺５丁?．××√×2．〖答案〗B〖解析〗合上開(kāi)關(guān)時(shí)，B燈立即正常發(fā)光，A燈所在的支路中，由于L產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的增大，A燈將延后一些時(shí)間才能達(dá)到正常發(fā)光狀態(tài)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；斷開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，L中產(chǎn)生與原電流方向相同的自感電流，流過(guò)A燈的電流方向與原電流方向相同，流過(guò)B燈的電流方向與原電流方向相反，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；因?yàn)閿嚅_(kāi)開(kāi)關(guān)后，由L作為電源提供的電流是從原來(lái)穩(wěn)定時(shí)通過(guò)L的電流值逐漸減小的，所以A、B兩燈只是延緩一些時(shí)間熄滅，并不會(huì)比原來(lái)更亮，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。知識(shí)點(diǎn)三磁場(chǎng)的能量〖新知導(dǎo)入〗不違背。斷電時(shí)，儲(chǔ)存在線圈內(nèi)的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能，用以維持回路保持一定時(shí)間的電流，直到電流為零時(shí)，磁場(chǎng)能全部轉(zhuǎn)化為電能并通過(guò)燈泡(或電阻)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，可見(jiàn)自感現(xiàn)象遵循能量守恒定律?！夹≡嚺５丁?．√√√√2．〖答案〗當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)后，線圈A中的電流減小并消失時(shí)，穿過(guò)線圈B的磁通量減小，因而在線圈B中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)要阻礙原磁場(chǎng)的減小，這樣就使鐵芯中磁場(chǎng)減弱得慢些，即在開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)后一小段時(shí)間內(nèi)，鐵芯中還有逐漸減弱的磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)對(duì)銜鐵D依然有力的作用，因此，彈簧K不能立即將銜鐵拉起?！颊n堂探究〗探究1：A2立即發(fā)光，A1比A2亮得晚，但最終一樣正常發(fā)光。例1〖答案〗A〖解析〗S接通的瞬間，線圈L支路中電流從無(wú)到有發(fā)生變化，因此，線圈L中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流增加。由于有鐵芯，自感系數(shù)較大，對(duì)電流的阻礙作用也就較強(qiáng)，所以S接通的瞬間線圈L中的電流非常小，即干路中的電流幾乎全部流過(guò)L1、L2，所以L1、L2會(huì)同時(shí)亮。又由于線圈L中電流很快穩(wěn)定，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)很快消失，L的阻值可忽略，對(duì)L1起到“短路”作用，因此，L1熄滅。這時(shí)電路的總電阻比剛接通時(shí)小，由恒定電流知識(shí)可知，L2會(huì)比以前更亮。穩(wěn)定后再斷開(kāi)S的瞬間，L2立即熄滅，L1由于線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)而亮一下再熄滅，斷開(kāi)S前流過(guò)線圈L的電流和流過(guò)燈L2的電流相同，所以斷開(kāi)S時(shí)，L1與L2斷開(kāi)前的亮度一樣，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。探究2：電源斷開(kāi)時(shí)，A中由電源提供的電流瞬間變?yōu)榱?，而通過(guò)線圈L的電流減小，線圈中會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，且線圈L與燈泡A構(gòu)成閉合回路，線圈L對(duì)A進(jìn)行供電，所以燈泡A