第二章电磁感应4互感和自感课件（新人教版选择性必修第二册）

第二章　电磁感应\n4．互感和自感\n课前预习反馈课内互动探究课堂达标检测目标体系构建核心素养提升\n目标体系构建\n【学习目标】1．了解互感现象及互感现象的应用。2．了解自感现象，认识自感电动势的作用。3．知道自感系数的意义和决定因素。会分析自感现象中电流的变化。\n【思维脉络】\n课前预习反馈\n1．互感互不相连的并相互靠近的两个线圈，当一个线圈的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生____________，这种现象叫做互感。2．互感电动势互感现象中的电动势叫____________。感应电动势知识点1互感现象互感电动势\n3．互感的应用和危害(1)互感现象可以把能量由一个线圈传递到另__________。变压器就是利用互感现象制成的。(2)在电力工程和电子电路中，__________有时会影响电路的正常工作，这时要求设法减小电路间的互感。一个线圈互感现象\n1．自感现象一个线圈中的电流______时，它所产生的______的磁场在它本身激发出感应电动势的现象，产生的电动势叫作____________。变化知识点2自感现象变化自感电动势\n2．通电自感和断电自感电路现象自感电动势的作用通电自感接通电源的瞬时，灯泡A1较慢地________阻碍电流的______断电自感断开开关的瞬间，灯泡A逐渐______，直到熄灭阻碍电流的______亮起来增加变暗减小\n3.自感系数(1)自感电动势的大小：E＝_____，其中L是线圈的自感系数，简称自感或电感。(2)单位：______，符号：___。常用的还有毫亨(mH)和微亨(μH)。换算关系是：1H＝________mH＝________μH。(3)决定线圈自感系数大小的因素：线圈的大小、形状、______以及是否有______等。亨利H103106匝数铁芯\n1．自感现象中的磁场能量(1)线圈中电流从无到有，磁场从无到有，电源把能量输送给______，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”。磁场知识点3磁场的能量磁场磁场电流变化\n思考辨析『判一判』(1)当线圈中电流不变时，线圈中没有自感电动势。()(2)当线圈中电流反向时，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相反。()(3)当线圈中电流增大时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流方向相反。()√×√\n(4)当线圈中电流减小时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流方向相反。()(5)互感现象是电磁感应的应用。()(6)线圈的自感系数的大小与线圈中通入电流的大小有关。()×√×\n『选一选』某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁芯的线圈L，小灯泡A，开关S和电池组E，用导线将它们连接成如图所示的电路。检查电路后，闭合开关S，小灯泡发光；再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象。虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他冥思苦想找不出原因。你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是()CA．电源的内阻较大B．小灯泡电阻偏大C．线圈电阻偏大D．线圈的自感系数较大\n解析：在断电自感中，小灯泡是否闪亮取决于流过线圈L的电流要大于流过灯泡的电流，本实验未出现小灯泡闪亮的原因，最有可能是线圈电阻偏大，C正确。\n『想一想』无轨电车在行驶的过程中，由于车身颠簸，有可能使车顶上的电弓瞬间脱离电网线，这时可以看到电火花闪现。请说说电火花产生的原因是什么？解析：电弓脱离电网线的瞬间电流减小，所产生的自感电动势很大，在电弓与电网线的空隙产生电火花。\n课内互动探究\n探究在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，当一个线圈中的电流变化时，在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？提示：互感现象。互感现象情景导入\n1．互感现象是一种常见的电磁感应现象，它不仅发生在绕在同一铁芯上的两个线圈之间，还可以发生在任何两个相互靠近的电路之间。2．利用互感现象可以把能量由一个电路传递到另一个电路。下一章将要学习的变压器就是利用互感现象制成的。3．在电路工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，这时要设法减小电路间的互感。4．处理方法：可利用楞次定律、安培定则及左手定则分析某个线圈中感应电流的方向及受力方向，还可从能量角度分析。要点提炼\n如图甲所示，A、B两绝缘金属环套在同一铁芯上，A环中电流iA随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法中正确的是()A．t1时刻，两环作用力最大B．t2和t3时刻，两环相互吸引C．t2时刻两环相互吸引，t3时刻两环相互排斥D．t3和t4时刻，两环相互吸引典例1典例剖析B\n思路引导：(1)A环中电流变化时，会在B环中产生感应电流。(2)根据两环中电流的流动方向，判断两环的受力情况。解析：t1时刻B中感应电流为零，故两环作用力为零，A错误；t2和t3时刻A环中电流在减小，则B环中产生与A环中同向的电流，故相互吸引，B正确，C错误；t4时刻A中电流为零，两环无相互作用，D错误。\n1．在无线电仪器中，常需要在距离较近的地方安装两个线圈，并要求当一个线圈中有电流变化时，对另一个线圈中的电流影响尽量小，则下图中两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是()解析：某一个线圈的磁场通过另一个线圈的磁场的变化率越小，影响则越小，欲使两线圈由于互感的影响尽量小，应放置成D选项的情形，这样线圈内的磁场是垂直的关系，故D选项正确。对点训练D\n探究如图所示，李辉在断开正在工作的电动机开关时，会产生电火花，这是为什么？提示：电动机中的线圈匝数很多，当电路开关断开时会产生很大的自感电动势，使得开关中的金属片之间产生电火花。对自感现象的理解情景导入\n1．自感现象自感现象是一种电磁感应现象，遵守法拉第电磁感应定律和楞次定律。2．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，自感电动势方向与原电流方向相同(即：增反减同)。要点提炼\n(3)自感电动势的作用：阻碍原电流的变化，而不是阻止，原电流仍在变化，只是使原电流的变化时间变长，即总是起着推迟电流变化的作用。3．对电感线圈阻碍作用的理解(1)若电路中的电流正在改变，电感线圈会产生自感电动势阻碍电路中电流的变化，使得通过电感线圈的电流不能突变。(2)若电路中的电流是稳定的，电感线圈相当于一段导线，其阻碍作用是由绕制线圈的导线的电阻引起的。\n\n如图所示，多匝电感线圈的电阻和电池内阻都忽略不计，两个电阻的阻值都是R，开关S原来打开，电流为I0，今合上开关将一电阻短路，于是线圈中有自感电动势产生，此电动势()A．有阻碍电流的作用，最后电流由I0减小到零B．有阻碍电流的作用，最后电流总小于I0C．有阻碍电流增大的作用，因而电流I0保持不变D．有阻碍电流增大的作用，但电流最后还是增大到2I0典例2典例剖析D\n思路引导：解决该题需考虑以下两个问题。(1)线圈中产生的电动势能阻止电流的增大吗？(2)电路稳定时，还有自感电动势吗？如何计算电路中的电流？\n2．(多选)如图所示，闭合电路中的螺线管可自由伸缩，螺线管有一定的长度，这时灯泡具有一定的亮度，若将一软铁棒从螺线管左边迅速插入螺线管内，则将看到()A．灯泡变暗B．灯泡变亮C．螺线管缩短D．螺线管伸长解析：当软铁棒插入螺线管中，穿过螺线管的磁通量增加，故产生反向的自感电动势，所以电流减小，灯泡变暗，每匝线圈间同向电流作用力减小，故螺线管伸长。对点训练AD\n探究如图所示，让几位同学“串联”在电路中，L是自感系数较大的多匝线圈，电源只需1节干电池即可。闭合开关S前，学生的体验——“无感觉”；闭合开关S后，学生的体验——“无感觉”；断开开关S瞬间，同学突然受到电击——“迅速收回双手”。这是为什么呢？通电自感和断电自感\n提示：断开开关S，线圈中电流迅速变小，线圈中产生很大的自感电动势以阻碍电路中原电流的减小，所以人会受到电击。\n两种电路的自感比较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，灯泡逐渐变亮电流突然变大，然后逐渐减小达到稳定\n\n(1)分清两种演示电路，演示通电自感时，线圈和灯泡串联，演示断电自感时，线圈和灯泡并联。(2)分清两种自感现象，一是灯泡缓慢变亮，二是灯泡闪亮一下再逐渐熄灭。要弄清缓慢变亮和闪亮一下的原因。特别提醒\n(多选)(2020·北京师大附中高二下学期期中)如右图甲、乙中，电阻R和自感线圈L的电阻值相等，接通S，使电路达到稳定状态，灯泡D发光，则()A．在电路甲中，断开S，D将渐渐变暗B．在电路甲中，断开S，D将先变得更亮，然后渐渐变暗C．在电路乙中，断开S，D将渐渐变暗D．在电路乙中，断开S，D将先变得更亮，然后渐渐变暗典例3典例剖析AD\n思路引导：深入理解自感现象的产生机理，是处理问题的基础。解析：在电路(a)中自感线圈L与灯泡D串联，D与L电流相等，断开S时产生自感电动势将使D与L中的电流值从稳定状态逐渐减小，D将渐渐变暗，而不是立即熄灭。在电路(b)中，L与D并联，稳定时L中电流比D中电流大，断开S的瞬间，L中电流从稳定值逐渐减小，故S断开瞬间，通过灯泡D的电流变大，D将先变得更亮，然后渐渐变暗，故选项AD正确。\n3．(2021·山东师大附中学分认定)如图所示，灯泡A、B与固定电阻的阻值均为R，L是自感系数很大的线圈。当S1闭合，S2断开且电路稳定时，A、B亮度相同，再闭合S2，待电路稳定后将S1断开，下列说法中正确的是()A．B灯立即熄灭B．A灯将比原来更亮一下后再熄灭C．有电流通过B灯，方向为c→dD．有电流通过A灯，方向为a→b对点训练A\n解析：S1闭合、S2断开且电路稳定时两灯亮度相同，说明L的直流电阻亦为R，闭合S2后，L与A灯并联，R与B灯并联，它们的电流均相等。当S1断开后，L将阻碍自身电流的减小，即该电流还会维持一段时间，在这段时间里，因S2闭合，电流不可能经过B灯和R，只能通过A灯形成b→A→a→L→c→b的电流，所以A正确C、D错误；由于自感形成的电流是在L原来电流的基础上逐渐减小的，并没有超过A灯原来电流，故A灯虽推迟一会熄灭，但不会比原来更亮，故B错误。\n核心素养提升\n1．电感和电阻对电流的阻碍作用比较物理量比较内容电感L电阻R阻碍作用阻碍电流的变化阻碍电流表现产生自感现象导体发热大小因素电感越大，电流变化越快，对电流变化的阻碍作用越大，产生的自感电动势越大电阻越大，对电流的阻碍作用越大\n物理量比较内容电感L电阻R决定因素线圈的大小、形状、匝数、有无铁芯导体长度、横截面积、电阻率、温度联系电感和电阻都是反映导体本身性质的物理量\n2.自感现象的“三种状态”“一个特点”(1)三种状态①线圈通电瞬间可把自感线圈看成断路。②断电时自感线圈相当于电源。③电流稳定后，自感线圈相当于导体电阻，理想线圈的电阻为0，相当于短路。(2)一个特点在发生自感现象时，线圈中电流不发生“突变”。\n如图所示的电路，可用来测定自感系数较大的线圈的直流电阻，线圈两端并联一个电压表，用来测量自感线圈两端的直流电压，在测量完毕后，将电路拆开时应()A．先断开开关S1B．先断开开关S2C．先拆去电流表D．先拆去电阻RB案例\n解析：该电路实际上就是伏安法测电感线圈的直流电阻电路，在实验完毕后，由于线圈的自感现象，若电路拆去的先后顺序不对，可能会烧坏电表。当S1、S2闭合，电路稳定时，线圈中的电流由a→b，表右端为“＋”，左端为“－”，指针正向偏转，若先断开S1，或先拆表，或先拆去电阻R，则在此瞬间，线圈中产生的自感电动势相当于瞬间电源，其a端相当于电源的负极，b端相当于电源的正极，相当于给表加了一个反向电压，使指针反偏。由“自感系数较大的线圈”知其反偏电压较大，可能会损坏表。而先断开S2，由于电压表内阻很大，电路中总电阻变化很小，电流几乎不变，不会损坏其他器件，故应先断开S2。\n课堂达标检测\n1．(2021·北京市通州区高二下学期段考)如图所示为演示自感现象的电路图，L是电感线圈，且电阻不为零。实验时，断开开关S瞬间，下列说法正确的是()A．灯A立即熄灭B．线圈L中电流增大C．线圈L中电流方向与原来相反D．灯A中电流方向向左D\n解析：开关S闭合稳定状态后，当开关断开后灯泡中原电流立即完全消失，而线圈由于自感作用阻碍其自身电流的减小，故线圈与灯泡组成回路，其电流IL逐渐减小，方向不变，灯泡中由原来的电流I变为电流IL，逐渐熄灭，流过灯泡的电流的方向向左；故D正确，A、B、C错误。\n2．(2021·北京四中顺义分校高二下学期期中)如图所示的电路中，A1和A2是完全相同的灯泡，线圈L的电阻可以忽略。下列说法中正确的是()A．合上开关S接通电路时，A2先亮，A1后亮，最后一样亮B．合上开关S接通电路时，A1和A2始终一样亮C．断开开关S切断电路时，A2立刻熄灭，A1过一会才熄灭D．断开开关S切断电路时，A1会闪亮一下再熄灭A\n解析：合上开关S接通电路时，A2先亮，在电感作用下A1支路电流缓慢增加A1后亮，由于电感电阻不计，两灯泡相同，最后一样亮。故A正确，B错误；断开开关S切断电路时，A1和A2构成新回路，电流为原A1支路电流，故两灯均过一会熄灭。因电流未增加不会闪亮一下，C、D错误。\n3．(2020·陕西西北工业大学附中高二月考)彩色电视机的电源输入端装有电源滤波器，其电路图如图所示，主要元件是两个线圈L1、L2，它们的自感系数很大，F是保险丝，R是压敏电阻(正常情况下阻值很大，但电压超过设定值时，阻值会迅速减小，可以保护与其并联的元件)，C1、C2是电容器，S为电视机开关。某一次用户没有先关电视机(没有断开S)就拔掉了电源插头，结果烧坏了图中的电路元件，不可能被烧坏的元件是()A．L1B．L2C．C2D．C1D\n解析：直接拔掉电源插头后，由于L1和L2的自感作用，R、C1、C2、L2、L1所构成的闭合回路中产生较大的电流，C2、L1、L2可能被烧坏，而C1与R元件并联，由于R的保护，C1不会烧坏，故选D。\n4.(多选)(2020·青海省西宁市高三模拟)如图所示，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BC\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，所以选项B正确，选项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，所以选项C正确，选项D错误。