2.4 互感和自感（课件）-2024-2025学年高二物理同步精讲练（人教版2019选择性必修第二册）

第一章：第4节 互感和自感 高中物理选择性必修第二册 制作：陈庆威 问题？ 00. 高中物理选择性必修第二册 两个线圈A、B之间并没有导线相连，线圈A与手机（或MP3等）的音频输出端连接，线圈B与扩音器的输入端连接。把线圈A插入线圈B时就能在扩音器上听见由手机输出的声音，这是为什么? 目录 CONTENT 高中物理选择性必修第二册 互感现象 自感现象 自感系数 磁场的能量 互感现象 第一部分 观察与思考 01. 高中物理选择性必修第二册 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？ 互感现象 02. 高中物理选择性必修第二册 把两个没有导线相连的线圈套在一起，当一个线圈中电流变化时，另一个线圈中就产生感应电动势，这种现象叫做互感（mutual induction），产生的感应电动势叫做互感电动势。 利用互感现象可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈，因此在电工技术和电子技术中有广泛应用。如变压器就是利用互感现象制成的。 互感现象的应用 03. 高中物理选择性必修第二册 互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,而且可以发生于任何两个相互靠近的电路之间。在电力工程中和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，要设法减小互感。 手机发射出的无线电波（射频电磁辐射），能使接受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，遇有锈蚀或接触不良，就会产生射频火花。 自感现象 第二部分 自感现象 01. 高中物理选择性必修第二册 当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场在线圈本身激发出感应电动势。这种现象称为自感（selfinduction），由于自感而产生的感应电动势叫作自感电动势。 思考：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？ 实验演示1:通电自感现象 02. 高中物理选择性必修第二册 观察两个灯泡的发光情况 通电自感 现象解释 03. 高中物理选择性必修第二册 原因：由于线圈L自身的磁通量增加，而产生了感应电动势，这个感应电动势总是阻碍磁通量的变化，即阻碍线圈中电流的变化，故通过A1的电流不能立即增大，灯A1的亮度只能慢慢增加，最终与A2相同。 感应电动势阻碍电流的增加 R1 S A1 A2 R L B原 IA1 IA2 B感 I感 高中物理选择性必修第二册 实验演示2:断电自感现象 04. 观察开关断开时灯泡的亮度 断电自感 高中物理选择性必修第二册 现象解释 05. 开关S断开瞬间，线圈L由于自感现象产生电动势，相当于电源，给A灯提供短暂的电流 当RL≥RA, 则IL≤IA则，灯泡就会缓慢的熄灭 当RL<RA, 则IL>IA，灯泡就会闪亮一下再熄灭 做一做 06. 高中物理选择性必修第二册 用电流传感器显示自感对电流的影响 开关闭合时电流是逐渐增大的 高中物理选择性必修第二册 开关闭合时电流是瞬间增大 用电流传感器显示自感对电流的影响 做一做 07. 问题与思考 01. 高中物理选择性必修第二册 自感系数 第三部分 问题与思考 01. 高中物理选择性必修第二册 自感系数 问题与思考 02. 高中物理选择性必修第二册 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 甲 一条导线弯了几匝的线圈;乙 空芯线圈;丙 在铁芯上绕了几千匝的线圈， 甲 乙 丙 拓展学习：线圈的几何结构 线圈的匝数 01 线圈匝数越多，自感系数越大，自感效应越显著，如变压器中的线圈匝数对自感影响显著。 线圈的半径 02 线圈半径增大，线圈的自感系数也会增加，因为磁通量与半径的平方成正比。 线圈的长度 03 线圈长度增加，自感系数通常会减小，因为磁通量的路径变长，相互耦合减少。 20 高中物理选择性必修第二册 断电自感的防止 03. 变压器、电动机等设备中有匝数很多的线圈，当电路中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，烧蚀接触点，甚至会引起人 身伤害。切断这类电路时， 必须采用特制的安全开关， 避免出现电火花。 磁场的能量 第四部分 磁场的能量 01. 高中物理选择性必修第二册 断电自感：开关断开后，灯泡的发光还能维持一小段时间，能量是从哪里来的？ 自感 线圈 电流磁场 磁场能 开关闭合时线圈中有电流，电流产生磁场，能量储存在磁场中，开关断开时，线圈作用相当于电源，把磁场中的能量转化成电能。 问题与思考 02. 高中物理选择性必修第二册 思路分析：自感电动势有阻碍线圈中电流变化的性质。 当线圈刚刚接通电源的时候，自感电动势阻碍线圈中电流的增加；当电源断开的时候，自感电动势又阻碍线圈中电流的减小。线圈的自感系数越大，这个现象越明显，线圈能够体现电的“惯性”。 思考：线圈能够体现电的“惯性”，应该怎样理解？ 总结提升 第四部分 法拉第电磁感应定律 课堂小结 高中物理选择性必修第二册 磁场中的能量 自感系数 自感现象 互感现象 互感和自感 互感现象：两个不相连的电路，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感应电动势。 自感现象：当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场在线圈本身激发出感应电动势的现象。 自感系数L：来描述电感线圈对其中电流的阻碍作用。 磁场的能量：储存在磁场中的能量 例题1 例题精选 01. 【参考答案】C 高中物理选择性必修第二册 手机无线充电是比较新颖的充电方式。如图所示，电磁感应式无线充电的原理与变压器类似，通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量。当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后，就会在邻近的受电线圈中感应出电流，最终实现为手机电池充电。在充电过程中（　　） A．送电线圈中电流产生的磁场是恒定的 B．受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变 C．送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递 D．手机和基座无需导线连接，这样传递能量没有损失 解析 例题解析 02. 高中物理选择性必修第二册 【解析】AB．由于送电线圈输入的是正弦式交变电流，是周期性变化的，因此产生的磁场也是周期性变化的，故AB错误； C．根据变压器原理，原、副线圈是通过互感现象实现能量传递，因此送电线圈和受电线圈也是通过互感现象实现能量传递，故C正确； D．手机与机座无需导线连接就能实现充电，但磁场能有一部分以电磁波辐射的形式损失掉，因此这样传递能量是有能量损失的，故D错误。 故选C。 例题2 例题精选 03. 【参考答案】C 高中物理选择性必修第二册 某同学为了探究电感线圈和小灯泡对电路中电流的影响，设计了如图甲所示的电路，电路两端电压U恒定，、为完全相同的电流传感器。时刻闭合开关S得到如图乙所示的电流i随时间t变化的图像。电路稳定后，小灯泡发出微弱的光。下列说法正确的是（    ） A．闭合开关S时，自感线圈中电流为零，其自感电动势也为零 B．曲线a描述的是电流传感器中电流随时间变化的规律 C．若断开开关S，小灯泡闪亮后熄灭 D．闭合开关S到电路稳定的过程中，小灯泡灯丝电阻保持不变 解析 例题解析 04. 高中物理选择性必修第二册 【解析】A．闭合开关时，电感线圈中电流为零，但由于线圈的自感现象，其自感电动势不为零，故A错误；B．闭合开关S的瞬间，线圈由于自感现象，电流慢慢增大，所以乙图中的b曲线表示电流传感器测得的数据，故B错误； C．图乙可知稳定后，所在支路电流大于所在支路电流，故断开开关S，在自感作用下，小灯泡闪亮后熄灭，故C正确；D．由图可知，闭合开关后，电路两端电压恒定而流过灯泡的电流先减小后不变，结合欧姆定律可知，闭合开关到电路稳定的过程中，小灯泡灯丝电阻先增大，后保持不变，故D错误。 故选 C。 例题3 例题精选 05. 【参考答案】B 高中物理选择性必修第二册 如图，E是电源，S是开关，和是定值电阻，L可视为电阻为零的自感线圈，电流表和可视为理想电流表。在开关S闭合后的很短时间内（  ） A．示数减小，示数增大 B．示数增大，示数增大 C．示数增大，示数减小 D．示数减小，示数减小 解析 例题解析 06. 高中物理选择性必修第二册 【解析】开关S闭合瞬间，线圈由于自感作用，通过它的电流将逐渐增加，即示数增大，电路稳定时，线圈对电流无阻碍作用，将灯泡短路，根据闭合电路欧姆定律，示数增大。故选B。 例题4 例题精选 07. 【参考答案】B 高中物理选择性必修第二册 某兴趣小组利用如图所示的电路研究自感现象。、为相同的灯泡，电感线圈L的自感系数较大。先闭合开关S，调节电阻R，使两个灯泡的亮度相同，然后断开开关S。下列说法正确的是（　　） A．闭合开关， 、立即变亮 B．闭合开关，逐渐变亮，立即变亮 C．闭合开关，待电路稳定后再断开开关，立即熄灭，逐渐熄灭 D．闭合开关，待电路稳定后再断开开关瞬间，通过灯泡的电流方向与原来相反 解析 例题解析 08. 高中物理选择性必修第二册 【解析】AB。闭合开关S，灯泡与电源构成的回路没有线圈，直接亮起，灯泡与线圈串联，由于线圈产生自感电动势阻碍电流增加可知逐渐亮起，故A错误，B正确； CD．电路稳定后断开开关S，由于自感现象，线圈中电流会逐渐减小，灯泡、与线圈构成闭合回路，灯泡、逐渐熄灭，通过灯泡的电流方向与原来相同，故CD错误。故选B。 THANKS cqw (c) - Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.43 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.43 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.71 $$