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3-2.ppt

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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 ①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．,②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)． ③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 ①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． ②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?。?第4步巧練——精選習(xí)題，落實強化 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I0 C．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，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4-6-9,①在電路(a)中，斷開S，D將漸漸變暗 ②在電路(a)中，斷開S，D將先變得更亮，然后漸漸變暗 ③在電路(b)中，斷開S，D將漸漸變暗 ④在電路(b)中，斷開S，D將先變得更亮，然后漸漸變暗 A．①③ B．②③ C．②④ D．①④,【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?。?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?。硗膺€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?。?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2 A，流過燈泡的電流是1 A．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1 A．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2 A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2 A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，燈泡中的電流是突然變大還是變小(也就是說燈泡是否突然變得更亮一下)，就取決于I2與I1誰大誰小，也就是取決于R和r誰大誰小的問題． (1)如果R＞r，就有I1＞I2，燈 泡會先更亮一下才熄滅； (2)如果R＝r，燈泡會由原 亮度漸漸熄滅； (3)如果R＜r，燈泡會先立即暗一些，然后漸漸熄滅．,[再演練應(yīng)用] 如圖4-6-12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變化的圖象中，正確的是( ) 圖4-6-12,