高中物理 第四章 電磁感應(yīng) 6 互感和自感課件 新人教版選修32.ppt

自主學(xué)習(xí) 基礎(chǔ)知識 6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 重點 2 了解自感現(xiàn)象 認(rèn)識自感電動勢對電路中電流的影響 難點 3 了解自感系數(shù)的意義和決定因素 重點 4 知道磁場具有能量 難點 合作探究 重難疑點 解題技巧 素養(yǎng)培優(yōu) 1 互感現(xiàn)象 1 定義兩個相互靠近的線圈 當(dāng)一個線圈中的電流 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)電動勢的現(xiàn)象 產(chǎn)生的電動勢叫做 變化 互感電動勢 2 應(yīng)用互感現(xiàn)象可以把 由一個線圈傳遞到另一個線圈 收音機(jī)的 就是利用互感現(xiàn)象制成的 3 危害互感現(xiàn)象能發(fā)生在任何兩個相互靠近的電路之間 在電力工程中和電子電路中 有時會影響電路正常工作 能量 變壓器 磁性天線 2 自感現(xiàn)象 1 定義當(dāng)一個線圈中的電流 時 它所產(chǎn)生的 的磁場在它本身激發(fā)出感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象 產(chǎn)生的電動勢叫作 2 通電自感和斷電自感 變化 變化 自感電動勢 較慢地亮起來 阻礙 逐漸變暗 阻礙 自感電動勢的作用是什么 方向如何判斷 提示 作用 總是阻礙導(dǎo)體中原電流的變化 方向 當(dāng)原電流增大時 自感電動勢與原電流方向相反 當(dāng)原電流減小時 自感電動勢與原電流方向相同 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 互感現(xiàn)象和自感現(xiàn)象均屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象 3 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 亨利 h 大小 形狀 圈數(shù) 鐵芯 2 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 線圈 磁場 線圈 在演示斷電自感時 開關(guān)斷開后小燈泡并不立即熄滅 這一現(xiàn)象是否違背了能量守恒定律 小燈泡消耗的電能是從何處獲得的 提示 線圈中有電流時 線圈就具有了磁場能 斷開開關(guān)后 線圈相當(dāng)于電源 線圈中所儲存的磁場能轉(zhuǎn)化為電能 給燈泡提供能量 這一現(xiàn)象并不違背能量守恒定律 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 預(yù)習(xí)完成后 請把你認(rèn)為難以解決的問題記錄在下面的表格中 學(xué)生分組探究一對互感現(xiàn)象和自感現(xiàn)象的理解第1步探究 分層設(shè)問 破解疑難如圖4 6 1為互感線圈 圖4 6 1 1 互感現(xiàn)象中能量是怎樣轉(zhuǎn)化的 提示 互感現(xiàn)象中能量是依靠原線圈電流產(chǎn)生的磁場能 磁場能通過鐵芯傳遞到另一線圈 又轉(zhuǎn)化為電能 2 電感線圈在電路中的作用是什么 提示 阻礙電流的變化 3 自感電動勢怎樣產(chǎn)生 如何確定其方向 提示 通過線圈的電流發(fā)生變化時 導(dǎo)致穿過線圈的磁通量發(fā)生變化 產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢 其方向根據(jù)原電流的變化進(jìn)行判斷 第2步結(jié)論 自我總結(jié) 素能培養(yǎng)1 對互感現(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 2 對自感現(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 遵守法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律 2 對自感電動勢的理解 產(chǎn)生原因通過線圈的電流發(fā)生變化 導(dǎo)致穿過線圈的磁通量發(fā)生變化 因而在原線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 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 自感電動勢的方向與原電流方向相同 即 增反減同 自感電動勢的作用阻礙原電流的變化 而不是阻止 原電流仍在變化 只是使原電流的變化時間變長 即總是起著推遲電流變化的作用 3 對電感線圈阻礙作用的理解 若電路中的電流正在改變 電感線圈會產(chǎn)生自感電動勢阻礙電路中電流的變化 使得通過電感線圈的電流不能突變 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 第3步例證 典例印證 思維深化 多選 2014 湖南瀏陽高二檢測 如圖4 6 2所示的電路中 是自感系數(shù)很大的線圈 但其自身的電阻幾乎為零 la lb是兩個相同的燈泡 下列說法中正確的是 a 開關(guān)s由斷開變?yōu)殚]合 la lb同時發(fā)光 之后亮度不變b 開關(guān)s由斷開變?yōu)殚]合 la立即發(fā)光 之后又逐漸熄滅 c 開關(guān)s由閉合變?yōu)閿嚅_的瞬間 la lb同時熄滅d 開關(guān)s由閉合變?yōu)閿嚅_的瞬間 la再次發(fā)光 之后又逐漸熄滅 思路點撥 1 電流變化時 電感線圈對電流的變化有阻礙作用 2 電流穩(wěn)定時 電感線圈相當(dāng)于一段導(dǎo)線的作用 解析 s閉合的瞬間 通過l的電流從無到有發(fā)生變化 從而產(chǎn)生阻礙作用 la有電流通過而發(fā)光 電流穩(wěn)定通后過l的電流恒定無阻礙作用 la被l短路兩端無電壓而熄滅 所以a錯b正確 開關(guān)s斷開的瞬間 通過l的電流減小而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 或說阻礙電流的減小 從而有電流通過la再次發(fā)光 故c錯 d正確 答案 bd 自感電動勢的作用從開關(guān)s閉合到電路中電流穩(wěn)定 由于自感電動勢的作用 線圈中電流逐漸增大 與線圈串聯(lián)的元件中的電流也逐漸增大 與線圈并聯(lián)的元件中的電流開始較大 以后逐漸減小 第4步巧練 精選習(xí)題 落實強(qiáng)化1 多選 如圖4 6 3所示的電路中 電源電動勢為e 內(nèi)阻r不能忽略 r1和r2是兩個定值電阻 l是一個自感系數(shù)較大 電阻可忽略的線圈 開關(guān)s原來是斷開的 從閉合開關(guān)s到電路中電流達(dá)到穩(wěn)定為止的時間內(nèi) 通過r1的電流i1和通過r2的電流i2的變化情況是 a i1開始較大而后逐漸變小b i1開始很小而后逐漸變大c i2開始很小而后逐漸變大圖4 6 3 d i2開始較大而后逐漸變小 解析 閉合開關(guān)s時 由于l是一個自感系數(shù)較大的線圈 產(chǎn)生反向的自感電動勢阻礙電流的變化 所以開始i2很小 隨著電流達(dá)到穩(wěn)定 自感作用減小 i2開始逐漸變大 閉合開關(guān)s時 由于線圈阻礙作用很大 路端電壓較大 所以開始電流i1較大 隨著自感作用減小 路端電壓減小 所以r1上的電壓逐漸減小 電流i1逐漸減小 故選項a c正確 答案 ac a 有阻礙電流的作用 最后電流由i0減小到零b 有阻礙電流的作用 最后電流總小于i0c 有阻礙電流增大的作用 因而電流將保持i0不變d 有阻礙電流增大的作用 但電流最后還是增大到2i0 解析 開關(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(dá)到穩(wěn)定后其電流為2i0 選項d正確 答案 d 學(xué)生分組探究二通電自感和斷電自感第1步探究 分層設(shè)問 破解疑難1 如圖4 6 5所示 l是自感系數(shù)足夠大的線圈 電阻可忽略不計 d1 d2和d3是三個完全相同的燈泡 圖4 6 5 請?zhí)骄恳韵聨讉€問題 1 開關(guān)s閉合后 三個燈泡的亮度變化情況如何 2 開關(guān)s斷開后 三個燈泡的亮度變化情況如何 提示 1 電感線圈l的自感系數(shù)足夠大 對電流的阻礙作用很強(qiáng) s閉合瞬間 線圈l中的電流幾乎為零 電源立即給d1 d2和d3三個燈泡供電 三個燈泡同時亮 當(dāng)電流逐漸穩(wěn)定 線圈l產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢消失 線圈l起到 短路 作用 使得d1 d2熄滅 d3變得更亮 2 s斷開時 電源不再供電 d3立即熄滅 線圈l產(chǎn)生的自感電動勢與d1 d2構(gòu)成回路 使得d1 d2亮一下再慢慢熄滅 2 如圖4 6 6所示 一毛同學(xué)用多用電表的歐姆擋測量一個線圈的電阻 以判斷它是否斷路 為方便測量 同桌的二毛同學(xué)用雙手分別握住線圈裸露的兩端 一毛用兩表筆與線圈兩端接觸 讀出阻值 再將表筆與線圈斷開 在測量的過程中 二毛在某瞬間感到有強(qiáng)烈的電擊感 對此現(xiàn)象 應(yīng)如何解釋 圖4 6 6 提示 當(dāng)表筆與線圈斷開時 由于通過線圈的電流突然減小到零 故在線圈中產(chǎn)生很大的自感電動勢 因二毛同學(xué)用雙手分別握住線圈裸露的兩端 故會感覺有電擊感 第2步結(jié)論 自我總結(jié) 素能培養(yǎng)1 自感現(xiàn)象 2 燈泡亮度變化 第3步例證 典例印證 思維深化如圖4 6 7所示 電路中電源內(nèi)阻不能忽略 電阻r的阻值和線圈l的自感系數(shù)都很大 a b為兩個完全相同的燈泡 當(dāng)s閉合時 下列說法正確的是 圖4 6 7 a a比b先亮 然后a滅b b比a先亮 然后b逐漸變暗c a b一起亮 然后a滅d a b一起亮 然后b滅 思路點撥 1 電流變化時 電感線圈對電流的變化有阻礙作用 2 電流穩(wěn)定時 電感線圈相當(dāng)于一段導(dǎo)線的作用 解析 s閉合時 由于與a燈串聯(lián)的線圈l的自感系數(shù)很大 故在線圈上產(chǎn)生很大的自感電動勢 阻礙電流的增大 所以b比a先亮 故選項a c d錯誤 穩(wěn)定后 總電阻減小 路端電壓減小 流過b燈支路的電流減小 所以b燈逐漸變暗 故選項b正確 答案 b 自感電動勢阻礙電流變化的兩種表現(xiàn)當(dāng)原電路斷開時 線圈的自感電動勢阻礙電流的減小 此時線圈在新的電路中相當(dāng)于一個電源 表現(xiàn)為兩個方面 一個是自感電動勢所對應(yīng)的電流方向與原來線圈中電流方向一致 二是在斷電瞬間 自感電動勢所對應(yīng)的電流大小與原電流大小相等 以后此電流開始緩慢減小到零 總之 通過線圈的電流不能突變 第4步巧練 精選習(xí)題 落實強(qiáng)化1 如圖4 6 8所示電路中 l為一自感系數(shù)較大的線圈 電鍵s閉合電路穩(wěn)定后 電阻r2和線圈l均有電流通過 現(xiàn)將電鍵s斷開瞬間 圖4 6 8 a 流經(jīng)r2和l的電流方向都向左b 流經(jīng)r2和l的電流方向都向右c 流經(jīng)r2的電流方向向右 流經(jīng)l的電流方向向左d 流經(jīng)r2的電流方向向左 流經(jīng)l的電流方向向右 解析 電路穩(wěn)定時l的電流方向都向左 電鍵斷開瞬間 l相當(dāng)于電源與r2組成閉合回路 流經(jīng)r2的電流方向向右 流經(jīng)l的電流方向向左 故選項c正確 答案 c 2 如圖4 6 9 a b 中 電阻r和自感線圈l的電阻值相等 接通開關(guān)s 使電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài) 燈泡d發(fā)光 則下列說法正確的是 圖4 6 9 在電路 a 中 斷開s d將漸漸變暗 在電路 a 中 斷開s d將先變得更亮 然后漸漸變暗 在電路 b 中 斷開s d將漸漸變暗 在電路 b 中 斷開s d將先變得更亮 然后漸漸變暗a b c d 解析 在電路 a 中自感線圈l與燈泡d串聯(lián) d與l電流相等 斷開s時線圈產(chǎn)生的自感電動勢將使d與l中的電流從穩(wěn)定狀態(tài)逐漸減弱 d將漸漸變暗 在電路 b 中 l與d并聯(lián) 由電阻r和自感線圈l的電阻值相等可推知 穩(wěn)定時l中電流比d中電流大 斷開s的瞬間 l中電流從穩(wěn)定值逐漸減小 故s斷開瞬間 通過燈泡d的電流先變大后逐漸減弱 d將先變得更亮 然后漸漸變暗 故選項d正確 答案 d 自感現(xiàn)象的分析思路自感現(xiàn)象的分析 通常包括通電自感和斷電自感兩類基本問題 對通 斷電自感現(xiàn)象進(jìn)行分析 首先要明確引起自感現(xiàn)象的原因 即通過自感線圈的電流怎樣變化 是增大還是減小 當(dāng)電流增大時 如通電 自感電動勢方向與電流方向相反 阻礙電流增大 當(dāng)電流減小時 如斷電 自感電動勢方向與電流方向相同 阻礙電流減小 另外還必須弄清電流的方向 特別是斷電時的電流流向 必須注意 斷電時自感電流的大小不會超過斷電前瞬間線圈中電流的大小 如圖4 6 10所示的電路中 s閉合且穩(wěn)定后流過電感線圈的電流是2a 流過燈泡的電流是1a 將s突然斷開 則s斷開前后 能正確反映流過燈泡的電流i隨時間t變化關(guān)系的是圖中的 圖4 6 10 思路點撥 解答此題時 應(yīng)先要搞清楚研究什么元件上的電流隨時間的變化關(guān)系 然后再根據(jù)線圈的自感電動勢引起的感應(yīng)電流的方向與原來電流的方向是相同還是相反 大小如何等因素來確定圖象 解析 s斷開前 通過燈泡d的電流是穩(wěn)定的 其值為1a s斷開瞬間 燈泡支路的電流立即減為零 但是自感線圈的支路由于自感現(xiàn)象會產(chǎn)生與線圈中原電流方向相同的感應(yīng)電動勢 使線圈中的電流將從原來的2a逐漸減小 方向不變 且由于它和燈泡d構(gòu)成回路 通過燈泡d的電流和線圈l中的電流相同 也應(yīng)該是從2a逐漸減小為零 但是方向與原來通過燈泡d的電流方向相反 故選d 答案 d 先看名師指津 如圖4 6 11所示 燈泡