2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修2 第2章电磁感应2.4自感和互感(4)课件

自感和互感\n1.定义两个相互靠近的线圈,当一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生的现象.产生的电动势叫做互感电动势.2．应用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈,变压器、收音机的“磁性天线”就是利用制成的.3．危害互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间.在电力工程和电子电路中,互感现象有时会影响电路正常工作.感应电动势互感现象\n1.如图4－6－1所示,是一种延时开关的原理图,当S1闭合时,电磁铁F将衔铁D吸下,C线路接通；当S1断开时,由于电磁感应作用,D将延迟一段时间才被释放.则()A．由于A线圈的电磁感应作用,才产生延时释放D的作用B．由于B线圈的电磁感应作用,才产生延时释放D的作用C．如果断开B线圈的开关S2,无延时作用D．如果断开B线圈的开关S2,延时将变长图4－6－1\n解析：线圈A中的磁场随开关S1的闭合而产生,随S1的断开而消失.当S1闭合时,线圈A中的磁场穿过线圈B,当S2闭合,S1断开时,线圈A在线圈B中的磁场变弱,线圈B中有感应电流,B中电流的磁场继续吸引D而起到延时的作用,所以B正确A错误；若S2断开,线圈B中不产生感应电流而起不到延时作用,所以C正确D错误.答案：BC\n1．自感现象当一个线圈中的电流变化时,它产生的变化的磁场在激发出感应电动势的现象.2．自感电动势由于而产生的感应电动势.它本身自感\n电　路现　象自感电动势的作用通电自感接通电源的瞬间,灯泡A1逐渐地亮起来阻碍电流的断电自感断开开关的瞬间,灯泡A逐渐变暗,直至熄灭阻碍电流的3．通电自感和断电自感增加减小\n自感电感亨利大小形状圈数是否有铁芯\n1．对自感电动势的理解(1)产生原因：通过线圈的电流发生变化,导致穿过线圈的磁通量发生变化,因而在原线圈上产生感应电动势.(2)自感电动势的方向：当原电流增大时,自感电动势的方向与原电流方向相反；当原电流减小时,自感电动势的方向与原电流方向相同.(3)自感电动势的作用：阻碍原电流的变化,起到推迟电流变化的作用.\n2．对自感现象的分析思路(1)明确通过自感线圈的电流的变化情况(是增大还是减小).(2)根据“增反减同”,判断自感电动势的方向.(3)分析阻碍的结果：当电流增强时,由于自感电动势的作用,线圈中的电流逐渐增大,与线圈串联的元件中的电流也逐渐增大；当电流减小时,由于自感电动势的作用,线圈中的电流逐渐减小,与线圈串联的元件中的电流也逐渐减小.\n[特别提醒]线圈对变化电流的阻碍作用与对稳定电流的阻碍作用是不同的.对变化电流的阻碍作用是由自感现象引起的,它决定了要达到稳定值所需的时间；对稳定电流的阻碍作用是由绕制线圈的导线的电阻引起的,决定了电流所能达到的稳定值.\n3．自感现象中,灯泡亮度变化的问题分析、通断电灯泡亮度变化问题,关键要搞清楚电路的连接情况,根据电路特点进行具体分析.与线圈串联的灯泡与线圈并联的灯泡电路图通电时电流逐渐增大,灯泡逐渐变亮电流I1突然变大,然后逐渐减小达到稳定\n与线圈串联的灯泡与线圈并联的灯泡断电时电流逐渐减小灯泡逐渐变暗电流方向不变电路中稳态电流为I1、I2若I2≤I1,灯泡逐渐变暗②若I2＞I1,灯泡闪亮－下后逐渐变暗,两种情况灯泡电流方向均改变\n2．如图4－6－2所示,L为自感系数较大的线圈,电路稳定后小灯泡正常发光,断开开关S的瞬间会有()图4－6－2\nA．灯A立即熄灭B．灯A慢慢熄灭C．灯A突然闪亮一下再慢慢熄灭D．灯A突然闪亮一下再突然熄灭解析：当开关S断开时,虽然通过自感线圈的电流从有变到无,线圈产生自感电动势,但由于线圈L与灯A串联,在S断开后,不能形成闭合回路,因此灯A在开关断开后立即熄灭.答案：A\n1.自感现象中的磁场能量(1)线圈中电流从无到有时：磁场从无到有,电源的能量输送给,储存在中.(2)线圈中电流减小时：中的能量释放出来转化为电能.2．电的“惯性”自感电动势有阻碍线圈中的“惯性”.磁场磁场磁场电流变化\n3.在制作精密电阻时,为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象,采取了双线绕法,如图4－6－3所示,其道理是()A．当电路中的电流变化时,两股导线中产生的自感电动势互相抵消图4－6－3B．当电路中的电流变化时,两股导线中产生的感应电流互相抵消C．当电路中的电流变化时,两股导线中产生的磁通量互相抵消D．以上说法均不对\n解析：由于采用了双线绕法,两根平行导线中的电流反向,它们产生的磁通量相互抵消.不论导线中的电流如何变化,线圈中的磁通量始终为零,所以消除了自感现象的影响.答案：C\n[例1]如图4－6－4所示甲、乙中,自感线圈L的电阻很小,接通S,使电路达到稳定,灯泡A发光,下列说法正确的是()图4－6－4\nA．在电路甲中,断开S,A将逐渐变暗B．在电路甲中,断开S,A将先变得更亮,然后逐渐变暗C．在电路乙中,断开S,A将逐渐变暗D．在电路乙中,断开S,A将先变得更亮,然后渐渐变暗[思路点拨](1)判断S闭合时,A、L中电流的方向及大小.(2)明确S断开时,由于自感电动势,L中电流变化情况.(3)由L中电流变化情况,根据A、L的连接关系,确定灯泡中电流的变化情况.\n[解析]甲图中,灯泡A与电感线圈L在同一个支路中,流过的电流相同,断开开关S时,线圈L中的自感电动势的作用使得支路中的电流瞬间不变,以后渐渐变小,A正确,B错误.乙图中,灯泡A所在支路的电流比电感线圈所在支路的电流要小(因为电感线圈的电阻很小),断开开关S时,电感线圈的自感电动势要阻碍电流变小,此瞬间电感线圈中的电流不变,电感线圈相当于一个电源给灯泡A供电.因此反向流过A的电流瞬间要变大,然后逐渐变小,所以灯泡要先更亮一下,然后渐渐变暗,C错误,D正确.[答案]AD\n[借题发挥](1)断开开关后,灯泡是否瞬间变得更亮,取决于电路稳定时两支路中电流的大小关系,即由两支路中电阻的大小关系决定.(2)若断开开关后,线圈与灯泡不能组成闭合回路,则灯泡会立即熄灭.\n1．如图4－6－5所示灯A、B完全相同,带铁芯的线圈L的电阻可忽略,则()图4－6－5\nA．S闭合的瞬间,A、B同时发光,接着A变暗,B更亮,最后A熄灭B．S闭合瞬间,A不亮,B立即亮C．S闭合瞬间,A、B都不立即亮D．稳定后再断开S的瞬间,B熄灭,A闪亮一下再熄灭解析：S接通的瞬间,L所在支路中电流从无到有发生变化,因此,L中产生的自感电动势阻碍电流增加.由于有铁芯,自感系数较大,对电流的阻碍作用也就很强,所以S接通的瞬间L中的电流非常小,即干路中的电流几乎全部流过A,所以A、B会同时亮.\n又由于L中电流逐渐稳定,感应电动势逐渐消失,A逐渐变暗,线圈的电阻可忽略,对A起到“短路”作用,因此A最后熄灭.这个过程电路的总电阻比刚接通时小,由恒定电流知识可知,B会比以前更亮.稳定后S断开瞬间,由于线圈的电流较大,L与A组成回路,A要闪亮一下再熄灭,B立即熄灭.答案：AD\n[例2]如图4－6－6所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,电感L的电阻不计,电阻R的阻值大于灯泡D的阻值.在t＝0时刻闭合开关S,经过一段时间后,在t＝t1时刻断开S.如图4－6－7所示,表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图象中,正确的是()图4－6－6图4－6－7\n[思路点拨]认为灯泡D的电阻不变,故分析灯泡中电流的变化可以得出UAB的变化规律.\n[答案]B\n[借题发挥](1)L中电流变化时,自感电动势对电流有阻碍作用,随时间延续,其阻碍作用在逐渐变小.(2)UAB有正负之分,根据流过D的电流方向确定UAB的正负.\n2．在如图4－6－8所示的电路中,两个相同的小灯泡A1和A2分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器R.闭合开关S后,调整R,使A1和A2发光的亮度一样,此时流过两个灯泡的电流均为I.然后,断开S.若t′时刻再闭合S,则在t′前后的一小段时间内,图4－6－9中正确反映流过A1的电流i1、流过A2的电流i2随时间t变化的图象是()\n图4－6－8图4－6－9\n解析：由题中给出的电路可知,电路由L与A1和A2与R两个支路并联,在t′时刻,A1支路的电流因为有L的自感作用,所以i1由0逐渐增大,A2支路为纯电阻电路,i2不存在逐渐增大的过程,所以选项B正确.答案：B\n[例3]如图4－6－10所示,水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN,当PQ在外力作用下运动时,MN在磁场力作用下向右运动,则PQ所做的运动可能是()A．向右匀加速运动B．向左匀加速运动C．向右匀减速运动D．向左匀减速运动图4－6－10\n[思路点拨]首先根据MN的运动情况判断出MN中感应电流的方向,并进一步判断出线圈L1中磁通量的变化,再据此确定PQ的运动.[解析]MN棒中有感应电流,受安培力作用而向右运动,由左手定则可判断出MN中电流的方向是由M流至N,此电流在L1中产生的磁场的方向是向上的.\n若PQ棒向右运动,由右手定则及安培定则可知L2产生的磁场的方向也是向上的.由于L1产生的磁场方向与L2产生的磁场的方向相同,可知L2产生的磁场的磁通量是减少的,故PQ棒做的是向右的匀减速运动.C选项是可能的.若PQ棒向左运动,则它产生的感应电流在L2中产生的磁场是向下的,与L1产生的磁场方向是相反的,由楞次定律可知L2中的磁场是增强的,故PQ棒做的是向左的匀加速运动.B选项是可能的.[答案]BC\n[借题发挥]本题是应用楞次定律判断问题的一般步骤的逆向应用.即已知感应电流的方向或者感应电流的效果,来判断原磁场的方向或原磁场如何变化.通过判断步骤的逆向应用,可更深刻地理解、更熟练地掌握楞次定律.另外还要通过此题来体会逆向分析的思路和方法.\n3．在同一铁芯上绕着两个线圈,单刀双掷开关原来接在点1,现把它从1扳向2,如图4－6－11所示,试判断在此过程中,在电阻R上的电流方向是()图4－6－11\nA．先由P→Q,再由Q→PB．先由Q→P,再由P→QC．始终由Q→PD．始终由P→Q解析：开关由1扳到2,线圈A中电流产生的磁场由左向右先减小后反向增加,由楞次定律可得R中电流由Q→P,选项C正确.答案：C