2.4互感和自感 课件-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

2.4 互感和自感 第二章 电磁感应 学习目标 1.知道互感现象和自感现象的定义 2.知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量，知道它的单位及其大小的决定因素 3.知道自感现象的利弊及其利用和防止理解 4.能够通过电磁感应的相关知识分析通、断电自感现象的原因及磁场的能量转化问题 2 观察与思考 1 当线圈靠近电磁炉时：灯泡为什么会发光？手机为什么能够被充电？ 1、当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为互感。互感现象中产生的感应电动势叫互感电动势。 一、互感现象 原磁场方向 原磁通变化 感应电流 感应磁场 互感现象 2 城乡变压器 (2)应用：传递能量和传递信息 安检仪 无线充电 互感的危害与防止 应用 影响因素：匝数、有无铁芯、形状、大小、相对位置等 实际上互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，也可以发生在任何两个相互靠近的电路之间，影响电路的正常工作 手机发射出的无线电波（射频电磁辐射），能使接收无线电的天线感生射频电流。当射频电流在金属导体间环流时，遇到锈蚀或接触不良，就会产生射频火花。 通过双线绕法减少互感带来的影响 6 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，采用双线并绕的方法，如图所示．其道理是(　　) A．当电路中的电流变化时，两股导线产生的自感电动势相互抵消 B．当电路中的电流变化时，两股导线产生的感应电流相互抵消 C．当电路中的电流变化时，两股导线中原电流的磁通量相互抵消 D．以上说法都不对 练一练 C 思考与讨论 1 线圈中电流发生变化，是否也会在自己的回路里产生电动势？ 通电自感现象 2 闭合电键时 通电自感实验电路： S闭合 线圈的电流I和磁通量φ增大 过程： S A1 I1 B原 B感 I1 R I2 A2 反向感应电动势 灯泡并不立即变亮 逐渐变亮 E 结论1:自感电动势的作用——“阻碍”原电流的增加，但最终没有“阻止”其增加。 观察与思考 2 (1)电键闭合瞬间你看到什么现象？ (2)你是否可以尝试解释这一现象？ 断电自感现象 3 电键断开时 断电自感实验电路： S I I B原 I B感 A S断开 线圈的电流I、磁通量Φ减小 过程： 产生感应电动势 线圈与灯泡形成闭合回路 灯泡并不立即熄灭 结论2:自感电动势的作用——“阻碍”原电流的减少，但最终没有“阻止”其减少。 断电自感 观察与思考 3 (1)电键断开瞬间你看到什么现象？ (2)你是否可以尝试解释这一现象？ 断电自感实验现象解释 3 (2)闪亮一下的原因 分析： 断电前根据电路中并联规律，若线圈L的电阻小于灯泡的电阻，则有IL＞IA，断电后，线圈L由于自感作用，将阻碍自身电流的减小，结果线圈中的电流IL反向流过灯泡，然后逐渐减弱，所以有灯闪亮一下再熄灭的现象出现。 断开前 断开后 L L A A 思考与讨论 3 断电时，与线圈并联的灯泡一定会闪亮一下后在慢慢熄灭吗？ (1)不能认为任何断电现象灯都会闪一下 ①当IL>IA时，会闪一下，再逐渐熄灭; ②当IL<IA或 IL=IA时，不会闪，逐渐熄灭。 (2)原来的IL和IA哪一个大，要由L的直流电阻RL与灯泡的电阻RA的大小来决定。 ①如果RL≥RA，则IL≤IA； ②如果RL<RA，则IL>IA。 自感电动势的方向 4 （1）导体电流增加时，阻碍电流增加，此时自感电动势方向与原电流方向相反； （2）导体电流减小时，阻碍电流减小，此时自感电动势方向与原电流方向相同. 增 反 减 同 开关闭合时电流是逐渐增大的 开关闭合时电流是瞬间增大 三、用电流传感器显示自感对电流的影响 用传感器演示自感对电路中电流的影响 5 探究：自感电动势的大小与哪些因素有关？ 回忆 法拉第电磁感应定律 自感电动势的大小为 决定线圈自感系数大小的因素有线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯等。 由法拉第电磁感应定律可知， ∵，， ∴， ∴，即自感电动势正比于电流的变化率。 写成等式为，其中即为自感系数，单位为亨利（H）。 20 自感系数 2 （2）决定因素 线圈的圈数 是否有铁芯 线圈的大小 线圈的形状 亨利（H） （1）物理意义: （3）单位： 描述线圈产生自感电动势本领大小的物理量 毫亨（m H） 微亨（μH） 1H=103mH=106 μH L 小 L 大 电感和电阻对电流的阻碍作用的区别是什么？ 物理量 比较内容 阻碍电流的变化 阻碍电流 产生自感现象 导体发热 电感越大，电流变化越快，对电流变化的阻碍作用越大，产生自感电动势越大 电阻越大，对电流的阻碍作用越大 线圈的大小、形状、匝数，有无铁芯 导体长度、横截面积、电阻率 电感和电阻都是反映导体本身性质的物理量 22 小结 自感现象的四大特点 ①自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化； ②通过线圈的电流不能发生突变，只能缓慢变化； ③电流稳定时，自感线圈就相当于普通导体； ④线圈的自感系数越大，自感现象越明显，自感电动势只是延缓了过程的进行，但它不能使过程停止，更不能使过程反向。 电路变化瞬间，自感线圈保持原有的电流方向 表征线圈产生自感电动势本领的大小 23 按上图连接电路，闭合开关，等灯泡的亮度稳定后，断开开关，观察到什么现象？ 实验探究：磁场的能量 实验装置：电源、自感线圈、开关、灯泡及若干线圈。 如图所示 24 发现：灯泡缓慢地熄灭。 分析 有电流就有磁场，线圈仍具有磁场 开关断开，线圈中的电流并未立即消失 能量储存在磁场中 开关闭合，线圈中的电流 从无到有 线圈中的磁场也是从无到有 可以看作电源把能量输送给磁场 25 小结 1.自感 （1）线圈中的电流从无到有时，磁场从无到有，电源把能量输送给磁场，储存在磁场中。 （2）线圈中的电流减小时，磁场中的能量释放出来，转化为电能。 2.断电自感中，灯泡是否会闪亮问题 ①通过灯泡的自感电流大于原电流时，灯泡闪亮 ②通过灯泡的自感电流小于或等于原电流时，灯泡不会闪亮 26 1.在学完“互感和自感”这节课后，三位同学合作完成了如下小实验：如图，他们把一节电动势为1.5V的干电池、一个开关，一个自感系数很大的线圈、若干导线及他们自己按图示方式连接，实验过程中人会有电击的感觉。下列说法正确的是( ) C A.闭合开关瞬间，人有触电的感觉 B.断开开关瞬间，流过这几位同学的电流大于流过线圈L的电流 C.断开开关瞬间，线圈两端的电压突然增大 D.断开开关瞬间，流过人的电流方向为由P→Q 27 案：C 解析：A.闭合开关瞬间，人两端的电压只是电源两端的电压为1.5V，不足以触电，A错误； B.断开开关的瞬间，线圈由于自感，线圈和几位同学组成闭合回路，流过几位同学的电流与流过线圈的电流大小相等，B错误； C.断开开关瞬间，由于电流变化太快，导致线圈产生的感应电动势非常大，所以线圈两端电压会变大，C正确； D.线圈中电流与原方向相同，自左向右，因此在人的那条线路上电流方向为由Q→P，D错误。 故选C。 28 1.如图所示，L为自感系数较大的线圈，电路稳定后小灯泡正常发光，当断开电键的瞬间会有（ ） A.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 L A A 1．在空间站进行实验可以克服来自地球磁场及电场的干扰，使得物理现象更为准确和明显。为了研究电感现象，宇航员在空间站进行如图所示的研究。在图中，L为自感系数较大的电感线圈，且电阻不计，A、B为两个完全相同的灯泡，且它们的额定电压均等于电源的电动势。则（ ） A．断开K以后，A熄灭，B亮后再熄灭 B．断开K以后，B变得更亮，A缓慢熄灭 C．合上K的瞬间，A亮，B后亮 D．合上K的瞬间，B先亮，A后亮 课堂练习 01 A 课堂练习 02 2．在如图所示的电路中，两个完全相同的小灯泡L1和L2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待电路稳定后，调整R的滑片使L1和L2亮度一样，此时通过两个灯泡的电流均为I。在t0时刻断开S，能正确反映t0前后的一小段时间内通过L1的电流i1和通过L2的电流i2随时间t变化关系的是（ ） C 3．如图所示，电感线圈L的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计，LA、LB是两个相同的灯泡，且在下列实验中不会烧毁，电阻R2阻值约等于R1的两倍，则（　　） A．闭合开关S时，LA、LB同时达到最亮，且LB更亮一些 B．闭合开关S时，LA、LB均慢慢亮起来，且LA更亮一些 C．断开开关S时，LA慢慢熄灭，LB马上熄灭 D．断开开关S时，LA慢慢熄灭，LB闪亮后才慢慢熄灭 课堂练习 03 D 4．如图所示的电路中，电感L的自感系数很大，电阻可忽略，D为理想二极管，则下列说法正确的有（　　） A．当S闭合时，L1立即变亮，L2逐渐变亮 B．当S闭合时，L1一直不亮，L2逐渐变亮 C．当S断开时，L2立即熄灭 D．当S断开时，L1L2都突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭 课堂练习 04 B Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.6.37 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.71 $$