2.4 互感和自感（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册（人教版2019）

电磁感应 第4节　互感和自感 第二章 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 物理观念 科学思维 科学态度与责任 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．知道互感现象与自感现象的防止和应用。 　　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。 　　通过互感和自感现象在生产、生活中的应用，体会科学对社会发展的推动作用。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 必备知识 自主学习 一、互感现象 1．定义：两个相互靠近的线圈，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__________的现象。产生的感应电动势叫作互感电动势。 2．应用：互感现象可以把____由一个线圈传递到另一个线圈，______就是利用互感现象制成的。 3．危害：互感现象可以发生在任何两个相互靠近的电路之间。在电力工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作。 感应电动势 能量 变压器 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 必备知识 自主学习 二、自感现象和自感系数 1．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________激发出感应电动势的现象。 2．自感电动势：由于____而产生的感应电动势。 线圈本身 自感 自感 电感 亨利 亨 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 必备知识 自主学习 三、磁场的能量 1．自感现象中的磁场能量 (1)线圈中的电流从无到有时，其中的磁场也是从无到有，可以看作电源把能量输送给____，储存在____中。 (2)线圈中的电流减小时，磁场中的能量释放出来转化为____。 磁场 磁场 电能 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 必备知识 自主学习 (物理与生活)如图甲所示的是手机无线充电，其充电过程可简化为图乙所示，A、B两个线圈彼此靠近平行放置，当线圈A接通工作电源时，线圈B中会产生感应电动势，进而对与其相连的手机电池充电。判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 必备知识 自主学习 (1)只要线圈A中输入电流，线圈B中就会产生感应电动势。(　　 　　) (2)线圈A中输入的电流变化越快，线圈B中感应电动势越大。(　　 　　) (3)对于线圈A，当电流变化较快时，线圈A中的自感电动势也较大。(　　 　　) (4)线圈自感电动势的大小与自感系数L有关，反过来，L与自感电动势也有关。(　　 　　) √ × √ × 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 探究点一 互感现象的理解和应用 如图所示的是法拉第实验线圈。在实验中，两个线圈并没有用导线连接。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 [问题设计] (1)当其中一个线圈中有电流时，另一个线圈中是否会产生感应电流？ (2)当一个线圈中的电流变化时，另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？ 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 答案：(1)不一定。当线圈中的电流为恒定电流时，其在周围空间产生的磁场不变，另一个线圈中就不会产生感应电流。只有当线圈中的电流变化，在其周围空间产生变化的磁场时，另一个线圈中才产生感应电流。 (2)当一个线圈中的电流变化时，穿过两个线圈的磁通量都会发生变化，因此另一个线圈中就会产生感应电动势。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 1．当一个线圈中的电流变化时，它产生的磁场就发生变化，变化的磁场在周围空间产生感生电场，在感生电场的作用下，另一个线圈中的自由电荷定向运动，于是产生感应电动势。 2．一个线圈中电流变化越快(电流的变化率越大)，另一个线圈中产生的感应电动势越大。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 3．应用与危害 (1)应用：变压器、收音机的磁性天线都是利用互感现象制成的。 (2)危害：在电力工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，这时要设法减小电路间的互感。例如在电路板刻制时就要设法减小电路间的互感现象。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 【例1】 (多选)下列关于互感现象的说法正确的是(　　) A．一个线圈中的电流变化时，与之靠近的另一线圈中产生感应电动势的现象称为互感现象 B．互感现象的实质是电磁感应，同样遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律 C.利用互感现象能够将能量由一个线圈传递到另一个线圈，人们制造了收音机的“磁性天线” D．在电力工程以及电子电路中，互感现象不会影响电路的正常工作 ABC 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 两个相互靠近的线圈，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，这种现象称为互感现象，A正确；之所以会在另一个线圈中产生感应电动势，是因为变化的电流产生变化的磁场，引起另一个线圈中的磁通量发生变化，发生电磁感应现象，B正确；收音机的“磁性天线”以及变压器均是利用互感原理工作的，也就是利用互感现象将能量由一个线圈传递到另一个线圈，C正确；互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间，会影响电路的正常工作，D错误。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 [练1] (多选)(2024·广东惠州调研)目前无线电力传输已经比较成熟，如图所示的是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，两个感应线圈可以放置在左右相邻或上下相对的位置，原理示意图如图所示。利用这一原理，可以实现对手机的无线充电。下列说法正确的是(　　) BD 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 A．只要A线圈中输入电流，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 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 探究点二 自感现象的分析 通电自感和断电自感比较 项目 通电自感 断电自感 电路图 器材要求 A1、A2同规格，R＝RL，L较大 L很大(有铁芯)，RL≪RA 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 项目 通电自感 断电自感 现象 在开关S闭合瞬间，A2灯立即亮起来，A1灯逐渐变亮，最终两灯一样亮 在开关S断开瞬间，灯A突然闪亮一下再逐渐熄灭 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 项目 通电自感 断电自感 原因 由于开关闭合时，流过电感线圈的电流迅速增大，线圈产生自感电动势，阻碍电流的增大，使流过A1灯的电流比流过A2灯的电流增加得慢 断开开关S时，流过线圈L的电流减小，L产生自感电动势，阻碍电流的减小，使电流继续存在一段时间；在S断开后，通过L的电流反向通过灯A，且由于RL≪RA，使得流过A灯的电流在开关断开瞬间突然增大，从而使A灯的发光功率突然变大 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 项目 通电自感 断电自感 等效 理解 电感线圈的作用相当于一个电阻(阻值从无穷大短时间内减小为零) 电感线圈的作用相当于一个瞬时电源(电源电动势在短时间内减小为零) 能量转 化情况 电能转化为磁场能 磁场能转化为电能 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 【例2】 如图所示的是演示自感现象的两个电路图，L1和L2为电感线圈。实验时，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关S2，灯A2逐渐变亮，而另一个相同的灯A3立即变亮，最终A2与A3的亮度相同(A2和A3的规格相同)。下列说法正确的是(　　) C 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 A．图甲中，A1与L1的电阻值相同 B．图甲中，闭合S1，电路稳定后，A1中电流大于L1中电流 C．图乙中，滑动变阻器R与L2的电阻值相同 D．图乙中，闭合S2瞬间，L2中电流与滑动变阻器R中电流相等 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 题图甲中，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗，说明在电路稳定时通过L1的电流大于通过灯A1的电流，即A1的电阻值大于L1的电阻值，A、B错误；题图乙中，开关闭合，最终A2与A3的亮度相同，可知上下两个支路的电流相同，电阻相同，即滑动变阻器R与L2的电阻值相同，C正确；题图乙中，闭合S2瞬间，由于L2中产生感应电动势阻碍电流增加，可知L2中电流比滑动变阻器R中电流小，D错误。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 [练2] 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的阻值约等于R1的两倍，则(　　) D 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 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，LB立刻亮起来，LA缓慢变亮，且最后LB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 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 闭合开关S , LB与电阻连接，立即就亮，LA与线圈连接，因为线圈的自感，LA慢慢亮起，电阻R2阻值约等于R1的两倍，所以最后LA更亮一些，A、B错误；断开开关，线圈与两个电阻和灯泡组成闭合回路，电流只能慢慢减小，但开始时，LB的电流小，故LA慢慢熄灭，LB闪亮一下再熄灭，C错误，D正确。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 2．自感系数 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 【例3】 关于线圈的自感系数，下列说法正确的是(　　) A．线圈的自感系数越大，自感电动势一定越大 B．线圈中电流等于零时，自感系数也等于零 C．线圈中电流变化越快，自感系数越大 D．线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定 D 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 自感系数是线圈本身的固有属性，只取决于线圈的长短、粗细、匝数、有无铁芯等因素，而与电流变化快慢等外部因素无关；自感电动势的大小与线圈自感系数及电流变化率有关，A、B、C错误，D正确。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 [练3] 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 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 探究点四 解决实际问题 [练4] (科技情境)(多选)如图所示，是一种延时装置的原理图，当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通；当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放。则(　　) BC 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 A. 由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用 B．由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用 C．如果断开B线圈的开关S2，无延时作用 D．如果断开B线圈的开关S2，延时将变化 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 S1断开时，线圈B中的磁场变弱，线圈B中有感应电流，B中电流的磁场继续吸引D而起到延时的作用，B正确，A错误；若S2断开，线圈B中不产生感应电流而起不到延时作用，C正确，D错误。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 [练5] (生活情境)(多选)图甲为手机无线充电实物图。当我们把手机放在图中“圆盘”上时，只要给圆盘接上电源，就可以给手机充电了。如图乙所示，“圆盘”内部有一个发射线圈，给发射线圈接入电源，就能在手机内部的接收线圈中产生合适的电压给手机电池充电，从而实现无线充电。下列说法正确的是(　　) BD 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 A. 发射线圈接入直流电源，接收线圈将产生恒定的电流 B．发射线圈接入均匀变化的电源，接收线圈将产生大小恒定的电流 C．发射线圈的电流变化越大，接收线圈中感应电动势越大 D．发射线圈的电流变化率越大，接收线圈中感应电动势越大 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 1．下列关于自感系数及自感电动势的说法正确的是(　　) A．通过线圈的电流为最大值的瞬间，自感电动势最大 B．电流变化越大，自感电动势越大 C．线圈中的电流变化越快，其自感系数越大 D．线圈内插入铁芯，其自感系数增大 素养训练 学业评价 D 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 2．(多选)如图所示，线圈P、Q同轴放置，P与开关S、电源和滑动变阻器R组成回路，Q与电流计G相连，要使Q线圈产生图示方向的电流，可采用的方法有(　　) 素养训练 学业评价 BC 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 A. 闭合开关S后，把R的滑片右移 B．闭合开关S后，把R的滑片左移 C．闭合开关S后，把Q靠近P D．无须闭合开关S，只要把Q靠近P即可 素养训练 学业评价 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 闭合开关S后，若把R的滑片右移，Q中的磁场方向从左向右，且在减小，根据楞次定律，Q线圈中电流方向与题图电流方向相反，A错误；同理可知，B正确；闭合开关S后，将Q靠近P，Q中的磁场方向从左向右，且在增强，根据楞次定律，Q线圈中的电流方向与题图电流方向相同，C正确；若S不闭合，则Q线圈中无磁场，故Q中不会有电流产生，D错误。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 3．如图所示，电路中电源的内阻不能忽略，A、B为两个完全相同的灯泡，当S闭合时，下列说法正确的是(线圈L的自感系数很大，直流电阻较小)(　　) 素养训练 学业评价 B A．A比B先亮，然后A逐渐熄灭 B．B比A先亮，然后B逐渐变暗 C．A、B一起亮，然后A逐渐熄灭 D．A、B一起亮，然后B逐渐熄灭 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 S闭合时，线圈上产生很大的自感电动势，阻碍电流的增大，所以B比A先亮，电路稳定后线圈L的直流电阻较小，故流过B灯支路的电流变小，所以B灯逐渐变暗，B正确。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 4．如图是用于观察自感现象的电路图，设线圈L的自感系数较大，线圈L的直流电阻RL与灯泡的电阻R满足RL>R，则在开关S由闭合到断开的瞬间，可以观察到(　　) A．灯泡立即熄灭 B．灯泡逐渐熄灭 C．灯泡有闪亮现象 D．只有在RL>R时，才会看到灯泡有明显的闪亮现象 素养训练 学业评价 B 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 开关S闭合且电路稳定时，由于线圈直流电阻大于灯泡电阻，所以流过线圈的电流小于流过灯泡的电流，开关S断开瞬间，线圈上产生自感电动势，阻碍电流的减小，原来通过灯泡的电流随着开关断开而消失，而灯泡和线圈形成闭合回路，流过线圈的电流也流过灯泡，因此灯泡逐渐熄灭。若线圈直流电阻小于灯泡电阻，断开开关时，会出现灯泡闪亮现象。故选B。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 5．(多选)某同学设计了如图甲所示的电路来对比电感线圈和小灯泡对电路的影响，电路两端电压U恒定，A1、A2为完全相同的电流传感器。某次实验中得到通过两电流传感器的It图像如图乙所示，关于该实验，下列说法错误的是(　　) 素养训练 学业评价 BD 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 A．该实验演示的是断电自感现象 B．线圈的直流电阻大于灯泡的电阻 C．断开开关后，小灯泡先闪亮一下再逐渐熄灭 D．图乙中的a曲线表示电流传感器A1测得的数据 素养训练 学业评价 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 由题图乙得，从计时开始两条支路都存在电流，分别是I1和I2，断开K后瞬间，L的电流要减小，于是L中产生自感电动势，阻碍自身电流的减小，电流逐渐减小为零；因此本实验是：开关断开，电路中产生了感应电流，演示断电自感现象，A正确；断开开关前后的一小段时间内，通过自感线圈的电流方向是不变的，则自感线圈所在支路的电流如曲线a所示，题图乙中的曲线a表示电流传感器A2测得的数据；I1>I2，说明电感的直流电阻是小于灯泡的电阻的；断开 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 开关之前通过线圈的电流大于通过小灯泡的电流，则断开开关后，线圈产生自感电动势阻碍电流减小，线圈相当于电源，由于线圈、电阻和灯泡重新组成回路，则小灯泡先突然变亮再逐渐熄灭，C正确，B、D错误。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 课时梯级训练（16） 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 章末综合检测（二） 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 谢谢观看 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 3．自感电动势的大小：E＝L，其中L是自感系数，简称____或____，单位是____，简称__，符号是H。 根据感应电流产生的条件，若A线圈中输入恒定的电流，则A产生恒定的磁场，B中的磁通量不发生变化，B线圈中不会产生感应电动势，A错误；若A线圈中输入变化的电流，根据法拉第电磁感应定律E＝n可知，B线圈中会产生感应电动势，A线圈中电流变化越快，A线圈中电流产生的磁场变化越快，B线圈中感应电动势越大，B、D正确，C错误。 探究点三自感系数和磁场的能量 1．自感电动势 (1)表达式：E＝L。 (2)理解：①公式中为电流的变化率，电流变化越快，电流的变化率越大，自感电动势也越大。 ②公式中L为线圈的自感系数。 当线圈中通恒定电流时，线圈中没有自感现象，不产生自感电动势，但是线圈自感系数不为零，A错误；线圈中电流变化越快，产生的自感电动势越大，线圈的自感系数与电流变化快慢无关，B错误；根据楞次定律，当线圈中电流增大时，自感电动势阻碍电流增大，自感电动势方向与原电流方向相反；当线圈中电流减小时，自感电动势阻碍电流减小，自感电动势方向与原电流方向相同，C错误；对于确定的线圈，自感系数L一定，其产生的自感电动势与其电流变化率成正比，D正确。 发射线圈接入直流电源，周围产生稳定的磁场，接收线圈磁通量不发生变化，故不会产生感应电流，A错误；发射线圈接入均匀变化的电源，周围产生均匀变化的磁场，接收线圈磁通量均匀变化，接收线圈将产生大小恒定的电流，B正确；发射线圈的电流变化越快即变化率越大，接收线圈磁通量变化率越大，由E＝n可知，接收线圈中感应电动势越大，C错误，D正确。 由E＝L可知，自感电动势的大小与电流的变化率成正比，与电流的大小及电流变化的大小无关，A、B错误；线圈的自感系数仅由线圈自身的因素决定，如：线圈的横截面积、长度、单位长度上的线圈匝数、有无铁芯等，与其他因素无关，C错误，D正确。 $$