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（粤教版2019）

第四节　互感和自感 第二章　电磁感应 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 栏目索引 教材知识 梳理 随堂达标 训练 知识方法 探究 教材知识 梳理 变化 变化 变压器 “磁性天线” 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 × × √ 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 自感电动势 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 较慢地亮起来 阻碍 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 逐渐变暗 阻碍 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 亨利 H 103 106 圈数 铁芯 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 √ × × 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 知识方法 探究 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 随堂达标 训练 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第二章　电磁感应 谢谢观看！ 课程内容要求 核心素养提炼 1．通过实验，了解自感现象． 2．能举例说明自感现象在生产生活中的应用 1．物理观念：了解自感现象和互感现象的概念，解释自然现象，解决实际问题． 2．科学思维：能在问题情境中应用楞次定律判断自感电动势的方向，知道自感电动势的大小符合法拉第电磁感应定律． 3．科学探究：通过实验观察通电自感和断电自感现象，并能解释其工作原理 [对应学生用书P49] eq \a\vs4\al(一、互感现象) [判断] (1)两线圈相距较近时，可以产生互感现象，相距较远时，不产生互感现象．( ) (2)在实际生活中，有的互感现象是有害的，有的互感现象可以利用．( ) (3)只有闭合的回路才能产生互感．( ) eq \a\vs4\al(二、自感现象) 1．自感现象：由子线圈本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，在电磁感应现象中产生的电动势叫作__________． 2．通电自感和断电自感 电路 现象 自感电动势的作用 通电自感 接通电源的瞬间，灯泡L1____________ ____电流的增加 电路 现象 自感电动势的作用 断电自感 断开开关的瞬间，灯 泡L________．有时灯泡L会闪亮一下，然后逐渐变暗 ____电流的减小 eq \a\vs4\al(三、自感系数) 1．自感电动势的大小：E＝L eq \f(ΔI,Δt) ，其中L是线圈的自感系数，简称自感或电感． 2．单位：____，符号：__．常用的还有毫亨(mH)和微亨(μH).换算关系是：1H＝_______mH＝_______μH. 3．决定线圈自感系数大小的因素：线圈的大小、形状、____以及是否有____等． [判断] (1)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化．( ) (2)自感电动势的方向一定与原电流的方向相反．( ) (3)通过线圈的电流增大的越来越快，则自感系数变大．( ) eq \a\vs4\al(四、生产生活中的自感现象) 1．自感现象的应用：自感现象广泛地存在于生活、生产之中，日光灯、汽车发动机点火器、煤气灶的电子点火器都是利用断电自感器产生高压这一原理． 2．自感现象的防止：自感现象也会产生危害．在一些含有自感系数很大的线圈的电路中，当开关断开时，线圈会产生很大的自感电动势，形成电弧，造成危害． [对应学生用书P50] 探究点一　对自感现象的理解 电路开关断开时为什么会产生电火花？ 提示　电路中的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． 1．自感现象的产生：当线圈中的电流变化时，产生的磁场及穿过自身的磁通量随之变化，依据楞次定律，会在自身产生感应电动势，叫自感电动势． 2．规律：自感现象也是电磁感应现象，也符合楞次定律，可表述为自感电动势总要阻碍引起自感的原电流的变化． ①当原电流增加时，自感电动势阻碍原电流的增加，方向与原电流方向相反． ②当原电流减小时，自感电动势阻碍原电流的减小，方向与原电流方向相同． ③自感电动势总要阻碍引起自感的原电流的变化，但阻止不住，只是变化得慢了． 关于电磁感应现象，下列说法中正确的是(　　) A．穿过螺线管的磁通量发生变化时，螺线管内部就一定有感应电流产生 B．只要电路的一部分做切割磁感线运动，电路中就一定有感应电流 C．线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大 D．线圈中电流变化越快，线圈中产生的自感电动势一定越大 D　[穿过闭合回路的磁通量变化时，电路中产生感应电流，穿过螺线管的磁通量发生变化时，如果电路不闭合，螺线管内部不一定产生感应电流，故A错误；穿过闭合回路的磁通量变化时，电路中产生感应电流，电路的一部分做切割磁感线运动时，如果电路不闭合，电路不会产生感应电流，故B错误；由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势与磁通量的变化率成正比，与磁通量的变化量无关，磁通量的变化量大，感应电动势不一定大，故C错误；由E＝L eq \f(ΔI,Δt) 可知，线圈中电流变化越快，线圈中产生的自感电动势一定越大，故D正确．] [训练1]　下列说法正确的是(　　) A．感应电流的磁场总是与原磁场方向相反 B．线圈的自感作用是阻碍通过线圈的电流 C．当穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势一定为零 D．自感电动势阻碍原电流的变化 D　[当磁通量增大时，感应电流的磁场与它相反，当磁通量减小时，感应电流的磁场与它相同．即感应电流的磁场方向取决于引起感应电流的磁通量是增加还是减小，感应电流的方向与原来电流的方向没有关系，故A错误；线圈的自感作用是阻碍通过线圈的电流的变化，不是阻碍电流，故B错误；线圈的电动势的大小与磁通量的大小无关，与磁通量的变化率有关，故C错误；根据线圈自感的特点可知，自感电动势阻碍原电流的变化，故D正确．] [训练2]　关于电磁感应，下列说法中正确的是(　　) A．由于自感电流总是阻碍原电流的变化，所以自感电动势的方向总与原电流的方向相反 B．在自感系数一定的条件下，通过导体的电流引起的磁通量变化越大，产生的感应电动势就越大 C．在自感系数一定的条件下，通过导体的电流变化越快，产生的自感电动势越大 D．在自感现象中，电感线圈的自感系数与产生的自感电动势大小有关 C　[根据楞次定律，当原电流增大时，感应电动势与原电流方向相反；当原电流减小时，感应电动势与原电流方向相同，故A错误；在自感系数一定的条件下，根据法拉第电磁感应定律，则有：通过导体的电流的变化率越大，产生的自感电动势越大，与电流大小及电流变化的大小无关，故B错误，C正确；自感系数由线圈自身决定，与其他因素无关，故D错误．] 探究点二　通电自感和断电自感 如图所示，在演示断电自感实验时，有时灯泡D会闪亮一下，然后逐渐熄灭，你能说出是什么原因导致的吗？ 提示　若线圈L的阻值RL小于灯泡阻值R0时，断电前稳定状态下电流IL>ID.断电后L与D构成回路，断电瞬间由于自感现象，IL将延迟减弱，则流过灯泡D的电流为IL大于原电流，所以会使灯泡闪亮一下后再逐渐熄灭． 与线圈串联的灯泡 与线圈并联的灯泡 电路图 通电时 电流逐渐增大，灯泡逐渐变亮 电流I1突然变大，然后逐渐减小达到稳定 与线圈串联的灯泡 与线圈并联的灯泡 断电时 电流逐渐减小，灯泡逐渐变暗，电流方向不变 电路中稳定电流为I1、I2 ①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗 ②若I2＞I1，灯泡闪亮一下后逐渐变暗，两种情况灯泡电流方向均改变 如图所示电路中，L是自感系数足够大的线圈，它的电阻可忽略不计，D1和D2是两个完全相同的小灯泡．将开关S闭合，待灯泡亮度稳定后，再将开关S断开，则下列说法中正确的是(　　) A．S闭合瞬间，两灯同时亮，以后D1变更亮，D2变暗 B．S闭合瞬间，D1先亮，D2后亮，最后两灯亮度一样 C．S断开时，两灯都亮一下再慢慢熄灭 D．S断开时，D2立即熄灭，D1亮一下再慢慢熄灭 D　[S闭合瞬间，由于线圈的电流增加，导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的增加，所以两灯同时亮，当电流稳定时，由于电阻可忽略不计，则以后D1熄灭，D2变亮，故A、B错误；S断开时，D2立即熄灭，但由于线圈的电流减小，导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的减小，所以D1亮一下再慢慢熄灭，故C错误，D正确．] [训练3]　(多选)如图所示，电路甲、乙中，电阻R和自感线圈L的直流电阻都小于灯泡D电阻，接通S，使电路达到稳定，灯泡D发光．则(　　) A．在电路甲中，断开S，D将逐渐变暗 B．在电路乙中，断开S，D将逐渐变暗 C．在电路甲中，断开S，D将先变得亮，然后渐渐变暗 D．在电路乙中，断开S，D将变得更亮，然后渐渐变暗 AD　[在电路甲中，断开S，由于线圈阻碍电流变小，导致D将逐渐变暗，故A正确；在电路乙中，由于电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，所以通过灯泡的电流比线圈的电流小，断开S时，由于线圈阻碍电流变小，导致D将变得更亮，然后逐渐变暗，故B错误，D正确；在电路甲中，当断开S，由于D与L串联，电流相等，则D不会变更亮，只会渐渐亮暗．故C错误．] [训练4]　课堂上物理老师为了更直观地说明断电自感能量来源于线圈存储的能量而非由电源直接提供，设计了如图所示的电路．电感L的自感系数很大，电阻可忽略，D为理想二极管(单向导电，如电路图，若电流从a流向b，二极管电阻可视为0，反之，电阻无穷大)，下列说法正确的是(　　) A．当S闭合后，L1、L2一直不亮 B．当S闭合后，L1立即变亮，L2逐渐变亮 C．当S断开瞬间，L1变亮，能更直观说明断电自感能量来源于线圈存储的能量 D．当S断开瞬间，L2变亮，能更直观说明断电自感能量来源于线圈存储的能量 C　[闭合开关的瞬间，由于二极管具有单向导电性，所以无电流通过L1，由于线圈中自感电动势的阻碍，L2灯逐渐变亮，故A项错误，B项错误；闭合开关，待电路稳定后断开开关，线圈L产生自感电动势，两灯串联，所以L1突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭，L2逐渐变暗，能更直观说明断电自感能量来源于线圈存储的能量；故C项正确，D项错误．] [对应学生用书P52] 1．(自感电动势)下列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　[在自感系数一定的条件下，根据法拉第电磁感应定律，则有：通过导体的电流的变化率越大，产生的自感电动势越大，与电流大小及电流变化的大小无关，故A错误，B正确；由公式E＝L eq \f(ΔI,Δt) ，通过线圈的电流为零的瞬间，电动势最大，而电流为最大值的瞬间，电动势最小，故C、D错误．] 2．(通电自感)如图电路中，A、B是相同的两小灯泡．L是一个带铁芯线圈，电阻可不计．调节R，可使电路稳定时两灯都正常发光，则(　　) A．合上S时，B立刻变亮，A慢慢变亮 B．断开S时，B比A先熄灭 C．断开S时，通过A、B两灯的电流方向都与原电流方向相同 D．断开S时，B灯会突然闪亮一下后再熄灭 A　[在开关合上时，B灯立即变亮，在开关合上瞬时，通过线圈的电流在增大，导致线圈出现自感电动势，从而阻碍灯泡A的电流增大，则A灯慢慢变亮，最后达到正常发光状态，故A正确；断开开关S的瞬间，由于L的自感电动势的存在，在L和A中的电流会通过L、A、B形成新的回路，通过A灯的电流的方向不变，而通过B灯的电流方向与原电流方向相反，且A、B两灯都会慢慢熄灭；断开开关S的瞬间，因通过两灯的电流大小与原来的电流大小相同，所以两灯会慢慢熄灭，但不会闪亮一下，故B、C、D错误．] 3．(断电自感)(多选)如图所示，A、B是完全相同的两个小灯泡，L为自感系数很大的线圈，其直流电阻等于灯泡电阻．闭合开关S，电路稳定时，B灯恰能正常发光．则(　　) A．开关S闭合时，A、B两灯同时亮 B．开关S闭合，电路稳定时，A灯熄灭 C．开关S断开时，两灯都会闪亮一下再熄灭 D．开关S断开时，A灯灯丝不可能被烧断 AD　[开关S闭合瞬间，A和B同时发光，故A正确；电路稳定后L的电感不再起作用，起作用的只是它的直流电阻，因A、B灯相同，B此时正常发光，那么说明灯的额定电流由并联的A和L的直流电阻分配，L的直流电阻等于灯泡电阻，那么A支路的电流等于其额定电流的 eq \f(1,2) ，也就是说其亮度较B灯暗，不一定熄灭，故B错误；断开开关S的瞬间，由电感的特性可知：L和A组成的回路中的电流会维持不变，其数值就是S断开前L支路中的电流，即等于额定电流的一半，不会闪亮一下，灯丝也不可能被烧断．而B灯立即熄灭，故C错误，D正确．] 4．(通电自感)如图所示的电路中A1和A2是两个完全一样的小灯泡，接通开关后调节电阻R，使两小灯泡亮度相同，然后断开电路． (1)重新接通电路，在开关闭合的瞬间，________先亮，________逐渐亮起，最后达到相同的亮度．(填字母代号) (2)由于在实验中磁通量的变化是由电流的变化引起的，故电路中产生的自感电动势的大小与_______和________有关． 解析　(1)再次闭合开关S时，滑动变阻器R不产生感应电动势，灯泡A2立刻正常发光，线圈的电流增大，产生自感电动势，根据楞次定律得知，感应电动势阻碍电流的增大，使得电流逐渐增大，A1灯逐渐亮起来． (2)电路中产生的自感电动势的大小与电流变化量和所用时间有关． 答案　(1)A2　　A1 (2)电流变化量　所用时间 $$