2.4 自感和互感 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

第二章 电磁感应 高中物理《课标》要求 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 第二章 电磁感应 高中物理《课标》要求 2.1 探究影响感应电流方向的因素，理解楞次定律。 2.2 通过实验理解法拉第电磁感应定律。 2.3 通过实验了解自感现象和涡流现象，能举例说明自感现象和涡流现象在生产生活中的应用。 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 第4节 互感和自感 《学习目标》 (1)通过实验了解互感与自感现象，会用自感与互感解释简单的电磁现象；知道互感现象与自感现象是磁场能变化的一种表现。 (2)会从法拉第电磁感应定律的视角认识自感现象，了解自感系数，体会推理分析的科学思维方法。 (3)知道互感现象与自感现象的防止和应用。 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 02 03 01 主题(二) 自感 主题(一) 互感 目录 CONTENTS 主题(三) 自感电动势 04 第4节 互感和自感 主题(四) 自感中的能量 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 P 线圈L1 线圈L2 G 结论：有 感应电流什么方向？ B 互感现象 B感 新课引入：P向右滑动时：线圈2中是否有感应电流？ Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 第一部分 互感 一、互感（mutual induction） 1. 定义: 当一个线圈I变化，旁边不相连的线圈产生E感的现象，产生的E感叫做互感电动势。 • • • • • • • • A B G C D 思考：如图在闭合开关的瞬间，CD中会有感应电流吗？ I I感 • • • • • • • • Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 注意： ①可发生于任何靠近的电路间。 ②铁芯会增强线圈之间的互感 G P 线圈L1 线圈L2 B A B G C D I I感 一、互感（mutual induction） 1. 定义: 当一个线圈I变化，旁边不相连的线圈产生E感的现象，产生的E感叫做互感电动势。 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 【典例1】A与B两个线圈同轴，当A中通以增大或减小的逆时针电流时，判断B中感应电流的方向？ I A B • • • • • • • • • I感 I A B • • • • • • • • • I感 电流减小感应出同向电流，增大感应出反向电流 典例分析：互感现象 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 【变式1】A与B两个线圈在一个平面内但各自分开，当A中通以增大的逆时针电流时，判断B中感应电流的方向？ I A B • • • • • • • • • I感 电流增大感应出同向电流，减小感应出反向电流 典例分析：互感现象 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 当一个线圈I变化，旁边不相连的线圈产生E感的现象，产生的E感叫做互感电动势。 2. 应用: 无线充电、 变压器等 思考：哪种组合方式互感影响最小 E √ 注意： ①可发生于任何靠近的电路间。 ②铁芯会增强线圈之间的互感 一、互感（mutual induction） 1. 定义: Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com P 线圈L1 线圈L2 G 线圈L1中电流变化会引发线圈L2产生感应电动势， 线圈L1中电流变化同样会引发线圈L1产生感应电动势。 B B感 B感 阻碍自身磁通量的增加，从而阻碍自己电流的增加。 自感 思考：P向左滑时在线圈L2中产生的感生电动势方向？ Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 第二部分 自感 由于线圈I变化而产生阻碍自身I变化的现象。 二、自感（selfinduction） 1. 定义: P 线圈L1 线圈L2 G Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 思考1：开关闭合的瞬间两个灯泡会怎么样呢？ I1 I2 E感 I1缓慢增加： I2马上建立： A2马上亮 A1后亮 二、自感（selfinduction） Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 思考2：开关断开的瞬间会怎么样呢？ I1 I2 E感 I2 I2 若I2>I1 则灯泡闪亮一下再慢慢熄灭 若I2<I1 则灯泡慢慢熄灭 二、自感（selfinduction） Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 二、自感（selfinduction） Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 二、自感（selfinduction） Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 开关闭合时电流是瞬间增大 做一做：用电流传感器显示自感对电流的影响 二、自感（selfinduction） Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 开关闭合时电流是逐渐增大的 二、自感（selfinduction） 做一做：用电流传感器显示自感对电流的影响 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 【典例2】如图所示：电源内阻不计，当电键闭合后，通过灯泡A1的电流随时间变化的图像为 ___ 图；通过灯泡A2的电流随时间变化的图像为___图。 C A I t I t I t I t A B C D 线圈在通电瞬间当作:无穷大电阻，随后逐渐减小到导线电阻 典例分析：自感现象 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 【变式2】如图所示：电源内阻不能忽略，当电键闭合后，通过灯泡A1的电流随时间变化的图像为 ___图；通过灯泡A2的电流随时间变化的图像为___图。 C B I t I t I t I t A B C D 典例分析：自感现象 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 由于线圈I变化而产生阻碍自身I变化的现象。 增反减同 二、自感（selfinduction） 1. 定义: 2. 分类: 通电自感、断电自感 — ②线圈断电瞬间，当做一个电源， 注意: ①线圈通电瞬间，电阻当做无穷大，随后减小 ③通电或断电瞬间会产生的E称为自感电动势 E自大小和什么因数有关呢？ 与电流的变化快慢有关 与电流的变化率成正比 与磁通量的变化快慢有关 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 第三部分 自感电动势 三、自感电动势 1.大小： 与电流的变化率成正比 2.公式： 3.自感系数L: 反应线圈产生E自的能力 线圈面积、匝数、有无铁芯 ②单位： 亨利(H) 常用：毫亨(mH) 微亨(μH) ①决定因素： 自感系数 E自= Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 约瑟夫·亨利 （Joseph Henry 1797-1878），美国科学家。他是以电感单位“亨利”留名的大物理学家。在电学上有杰出的贡献。他发明了继电器（电报的雏形），比法拉第更早发现了电磁感应现象，还发现了电子自动打火的原理。但却没有及时去申请专利。他被认为是本杰明·富兰克林之后最伟大的美国科学家之一，对于电磁学贡献颇大。 三、自感电动势 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 【典例3】下列说法正确的是（ ） A.自感现象中，感应电流方向一定和原电流方向相反。 B.线圈中产生的自感电动势较大时，其自感系数一定较大。 C.对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感电动势较大。 D.一个线圈中的电流均匀增大，自感电动势也均匀增大。 C 典例分析：自感现象 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 线圈在断电瞬间，产生自感电动势有可能很大，除了使灯泡闪亮外，还可能击穿开关处的空气而产生电火花（电弧）但电流只能在原值上减小。 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 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。 断电自感的防止 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 注意：断电自感，产生E自可以很大，但I只能在原值上减小。 三、自感电动势 1.大小： 与电流的变化率成正比 2.公式： 3.自感系数L: 反应线圈产生E自的能力 线圈面积、匝数、有无铁芯 ②单位:： 亨利(H) 常用：毫亨(mH) 微亨(μH) ①决定因素： Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 【典例3】在实验二中，若线圈L的电阻RL与灯泡的电阻R灯相等，则电键断开前后通过线圈的电流随时间的变化图像为A图,通过灯泡的电流随时间的变化图像为___图； 若RL远小于RA，则电键断开前后通过线圈的电流随时间的变化图像为____图，通过灯泡的电流图像为____图。 A B C D I t I t I t I t C B D I1 E自 I2 I2 I2 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？ Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 第四部分 自感中的能量 四、自感中的能量 1.自感能量 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。 2.自感惯性 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 四、自感中的能量 1.自感能量 自感 线圈 电流磁场 磁场能 2.自感惯性 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”。 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 《思维导图·电势能和电势》 课堂小结 自感和互感 自感 互感 自感电动势 自感中的能量 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。 G P 线圈L1 线圈L2 B 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 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 【练习1】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,两环间作用力最大 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 课堂练习 B Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 【练习2】(多选)目前无线电力传输已经比较成熟,如图所示为一种非接触式电源供应系统,这种系统基于电磁感应原理可无线传输电力。利用这一原理,可以实现对手机进行无线 充电。下列说法正确的是 (　　) A.若A线圈中有电流,B线圈中就会产生感应电动势 B.只有A线圈中输入变化的电流,B线圈中才会产生感应电动势 C.A中电流越大,B中感应电动势越大 D.A中电流变化越快,B中感应电动势越大 BD 课堂练习 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 【练习3】(2024·河南郑州期末)如图所示的电路中,A1、A2和A3是三个阻值恒为R的相同小灯泡,L是自感系数相当大的线圈,其直流电阻也为R。下列说法正确的是 (　　) A.S接通瞬间,A1最亮,稳定后A1、A2和A3亮度相同 B.S接通瞬间,A1最亮,稳定后A1比A2、A3亮 C.电路稳定后,断开S时,A1、A2和A3闪亮一下后一起熄灭 D.电路稳定后,断开S时,A1闪亮一下再熄灭,A2和A3立即熄灭 A 课堂练习 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 【练习4】(2023·北京高考)如图所示,L是自感系数很大、电阻很小的线圈,P、Q是两个相同的小灯泡,开始时,开关S处于闭合状态,P灯微亮,Q灯正常发光,断开开关 (　　) A.P与Q同时熄灭　　　 B.P比Q先熄灭 C.Q闪亮后再熄灭 D.P闪亮后再熄灭 D 课堂练习 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 【练习5】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。在之后的t0时刻断开S,则在下面的图像中,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 (　　) 课堂练习 A Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 【练习6】关于自感现象、自感系数、自感电动势,下列说法正确的是 (　　) A.当线圈中通恒定电流时,线圈中没有自 感现象,线圈自感系数为零 B.线圈中电流变化越快,线圈的自感系数越大 C.自感电动势与原电流方向相反 D.对于确定的线圈,其产生的自感电动势与其电流变化率成正比 D 课堂练习 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 【练习7】关于线圈中自感电动势的大小的说法中正确的是 (　　) A.自感系数一定时,电流变化越大,电动势越大 B.自感系数一定时,电流变化越快,电动势越大 C.通过线圈的电流为零的瞬间,电动势为零 D.通过线圈的电流为最大值的瞬间,电动势最大 B 课堂练习 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 【练习8】(多选)目前,我国正在大力推行ETC系统,ETC是全自动电子收费系统,车辆通过收费站时无须停车,这种收费系统每车收费耗时不到两秒,其收费通道的通行能力是人工收费通道的5至10倍。如图甲所示,在收费站自动栏杆前后的地面各自铺设完全相同的多匝线圈A、B,两线圈各自接入相同的电路,如图乙所示,电路a、b端与电压有效值恒定的交变电源连接,回路中流过交变电流。当汽车接近或远离线圈时,线圈的自感系数发生变化,线圈对交变电流的阻碍作用发生变化,使得定值电阻R的c、d两端电压有所变化,这一变化的电压输入控制系统,控制系统就能做出抬杆或落杆的动作。下列说法正确的是 (　　) A.汽车接近线圈时,c、d两端电压升高 B.汽车远离线圈时,c、d两端电压升高 C.汽车接近线圈时,c、d两端电压降低 D.汽车远离线圈时,c、d两端电压降低 课堂练习 BC Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 【练习9】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 C 巩固提高 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 【练习10】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 C 巩固提高 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 【练习11】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 B 巩固提高 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 【练习12】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 B 巩固提高 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 谢 谢 观 看 Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 $$null闭合电键K一小灯泡发光，打开电键K一小灯泡熄灭。闭合电键K2使电感线圈与小灯泡并联，再闭合电键K一小灯泡发光。断开电键K一的同时，小灯泡瞬间发强光后逐渐熄灭。实验表明电路闭合与断开的瞬间，通过线圈的电流突然增强或减弱。 nullnull这是自感实验演示版，闭合电键，与电感线圈串联的小灯泡A一是逐渐变亮的电台电电暖灯泡同时熄灭，重复实验。