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

人教版（2019）物理（选择性必修二） 第二章第4节 互感和自感 【课标要求】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。 【学习目标】 1．知道互感与自感现象及其产生原因，并且知道互感和自感都是一种特殊的电磁感应现象。 2．能说出自感电动势大小的影响因素。 【学习重难点】 重点：自感现象和自感系数。 难点：分析自感现象产生的原因和特点。 课本导练 必备知识 一、互感现象 1．互感和互感电动势：___________________________________，这种现象叫作互感，这种感应电动势叫作___________。 2．应用：________________________________________，如________就是利用互感现象制成的。 3．危害：互感现象不仅可以发生于_______________________，而且可以发生于_____________________，在电力工程和电子电路中，互感现象_______________________。 二、自感现象 1．_______________________________________________________称为自感。_______________________叫作自感电动势。 2．自感电动势的作用：_______________________________________________。 3．对电感线圈阻碍作用的理解 (1)若电路中的电流正在改变，电感线圈会___________________________________。 (2)若电路中的电流是稳定的，电感线圈相当于________，其阻碍作用是______________。 (3)线圈通电和断电时线圈中电流的变化规律图 ___________________________________________________________。 三、自感电动势与自感系数 1．自感电动势 (1)表达式：E＝______。 (2)理解：①公式中 为___________________________________。 ②公式中L为_______________。 2．自感系数 _________________________________________。 3．磁场的能量 (1)线圈中电流从无到有时，磁场_______________________________。 (2)线圈中电流减小时，_________________________。 1．图是一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈A和B。线圈A跟电源连接，线圈B两端连在一起，构成一个闭合电路。在断开开关S的时候，弹簧K并不会立刻将衔铁D拉起而使触头C（连接工作电路）离开，而是过一小段时间后才执行这个动作。延时继电器就是因此而得名的。 （1）请解释：当开关S断开后，为什么电磁铁还会继续吸住衔铁一小段时间？ （2）如果线圈B不闭合，是否会对延时效果产生影响？为什么？ 展示讨论 小组讨论课本导练内容，并完成下列问题讨论且进行展示。 1．李辉用多用表的欧姆挡测量一个演示用可拆变压器原线圈的电阻，以断定它是否断路．刘伟为了使李辉操作方便，用两手分别握住线圈暴露出金属导线的两端让李辉测量．测量时表针摆过了一定角度，李辉由此确认线圈没有断路．正当李辉把多用表的表笔与被测线圈脱离时，刘伟突然惊叫起来，说自己被电击了一下．李辉很奇怪，用手摸摸线圈两端，没有什么感觉，再摸摸多用表的两表笔，也没有什么感觉，两位同学隐隐觉得这个现象和线圈有关系．请你分析一下，是什么原因导致断开电表时刘伟被电击? 【课堂探究】 一、互感现象 思维探究 如图是法拉第实验线圈。在实验中，两个线圈并没有用导线连接。 (1)当线圈L1中有电流时，另一个线圈L2中是否会产生感应电流？ (2)当线圈L1中的电流变化时，在另一个线圈L2中为什么会产生感应电动势呢？ 互感现象产生的原因 1．___________________________________________________； 2． 。 例1． 某实验装置如图甲所示，两个线圈A和B绕在同一软铁芯上．在A线圈中通以如图乙所示变化的电流，用示波器测线圈B输出的电压波形．已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比，则下列描述线圈B输出电压随时间变化关系的图中，可能正确的是（ ） A． B． C． D． 变式训练． 如图，当车辆驶入或驶出圆形区域时，车辆会改变区域内通电线圈中的磁场，通过传感器电路将磁场的变化转换为交通灯的控制信号，车辆驶入图中圆形区域时，车辆引起磁场变化的原因类似于（ ） A．将铁芯放入通电线圈 B．增大通电线圈的面积 C．增加通电线圈的匝数 D．加大对通电线圈的压力 思路总结： 互感现象中两个线圈中产生的磁场和感应电流之间有什么样的关系？什么样的两个线圈之间需要考虑互感现象的影响？ 二、自感现象 按照如图所示电路图连接电路。 (1)开关S接通时，灯泡1和2的发光情况有什么不同？ (2)根据楞次定律结合电路图分析该现象产生的原因。 通电自感现象 1．_________________________________________________________； 2．_________________________________________________________； 3．_________________________________________________________。 断电自感现象 1．__________________________________________________________； 2．__________________________________________________________； 3．__________________________________________________________。 例2． 在如图所示的电路中，L是自感系数足够大的线圈，它的电阻可忽略不计， 和 是两个完全相同的小灯泡，下列说法正确的是（ ） A．当闭合开关S时， 、 同时亮，最后两灯一样亮 B．闭合开关S后， 、 亮后逐渐变暗 C．当断开开关S时，两灯同时熄灭 D．断开开关S时， 立即熄灭， 亮一下然后逐渐熄灭，流过 的电流从B通过 流到A 变式训练1． 如图所示的电路中，L是一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈，D1、D2和D3是三个完全相同的灯泡，不考虑灯泡电阻的变化，E是电源，内阻不能忽略，开关为S。分别用I1、I2表示流过D1和D2的电流，下列说法中正确的是（ ） A．若S由断开到闭合，D1立马变亮 B．若S由断开到闭合，D2和D3立马达到最亮，后亮度稍有减小最终保持不变 C．若闭合S待电路稳定后，在断开S瞬间，由于自感Ⅰ1和I2方向都不变 D．若闭合S待电路稳定后，在断开S瞬间，D2和D2亮度会突然增大，后逐渐熄灭 思路总结： ①明确电路结构:弄清线圈乙与其他用电器的串、并联关系。 ②明确电流方向:弄清电路中原电流的方向，再根据题意判断自感电流的方向及大小的变化。 ③明确线圈中的电流不能发生突变:通电过程中，线圈中的电流是逐渐增大的;断电过程中线圈中的电流是逐渐减小的，且断电过程中线圈可等效为“电源”与其他用电器组成闭合回路。 小结小测 一、课堂小结 二、课堂小测 （1）线圈的自感系数与电流大小无关，与电流的变化率有关。（ ） （2）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。（ ） （3）线圈中电流最大的瞬间可能没有自感电动势。（ ） （4）自感现象中，感应电流的方向一定与引起自感的原电流的方向相反。（ ） 【参考答案】 课本导练 必备知识 【答案】 一、1．两个相互靠近的线圈，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 互感电动势 2．利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈 变压器 3．发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间 任何两个相互靠近的电路之间 有时会影响电路的正常工作，要设法减小互感 二、 1．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 由于自感而产生的感应电动势 2．阻碍原电流的变化，而不是阻止，原电流仍在变化，只是使原电流的变化时间变长，即总是起着推迟电流变化的作用。 3．（1）产生自感电动势阻碍电路中电流的变化，使通过电感线圈的电流不能突变 （2）一段导线 由绕制线圈的导线的电阻引起的 （3） 三、 1．（1） （2）①电流的变化率，电流变化越快，电流变化率越大，自感电动势也越大 ②线圈的自感系数 2. 3．（1）也是从无到有，电源把能量输送给磁场，储存在磁场中 （2）磁场中的能量释放出来转化为电能 1．【答案】 （1）因为线圈B中产生了电磁感应现象，从而产生延时作用；（2）线圈不闭合，则不会产生延时效果。 展示讨论 1．【答案】 线圈在与表笔断开瞬间产生了感应电动势 【课堂探究】 一、互感现象 【答案】 (1)不一定。当线圈L1中的电流为恒定电流时，在其周围空间产生的磁场不变，则在另一个线圈L2中就不会产生感应电流。只有当线圈L1中的电流变化时，在其周围空间产生变化的磁场，此时会在另一个线圈L2中产生感应电流。 (2)当线圈L1中的电流变化时，穿过两个线圈的磁通量都会变化，在另一个线圈L2中就会产生感应电动势。 【答案】 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． 例1．【答案】D 变式训练．【答案】A 二、自感现象 【答案】 (1)灯泡2立即发光，而灯泡1是逐渐亮起来的。 (2)接通电源的瞬间，电流增加，线圈L中产生感应电动势。根据楞次定律，感应电动势会阻碍电流的增加，所以灯泡1慢慢地亮起来。 【答案】 1．通电瞬间自感线圈处相当于断路． 2．当线圈中的电流增大时，自感电动势的方向与原电流的方向相反，阻碍电流的增大，使电流从零逐渐增大到稳定值，但不能阻止电流的增大． 3．电流稳定时自感线圈相当于导体（若直流电阻为零，相当于导线）． 【答案】 1．当线圈中的电流减小时，自感电动势的方向与原电流方向相同； 2．断电自感中，由于自感电动势的作用，线圈中电流从原值逐渐减小．若断开开关瞬间通过灯泡的电流大于断开开关前的电流，灯泡会闪亮一下；若断开开关瞬间通过灯泡的电流小于或等于断开开关前的电流，灯泡不会闪亮一下，而是逐渐变暗直至熄灭． 3．自感电动势总是阻碍线圈中电流的变化，但不能阻止线圈中电流的变化． 例2．【答案】D 变式训练1．【答案】BD 小结小测 二、课堂小测 【答案】 × × √ × 学科网（北京）股份有限公司 $$