2.4互感和自感（培优教学课件）物理人教版选择性必修第二册

4. 互感和自感 第二章 电磁感应 人教版选择性必修第二册 导入新课 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。 问题1：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？ 学习目标 物理观念 了解互感现象及互感现象的应用 科学思维 通过理论分析，了解互感和自感现象，认识自感电动势对电路中电流的影响，知道磁场具有能量 科学探究 通过实验探究了解自感系数的意义和决定因素。通过实验探究断电自感出现灯泡“闪亮”的现象的原因 科学态度 与责任 具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，，能基于证据和逻辑发表自己的见解，实事求是有将物理知识应用于生活和生产实践的意识 重点难点 重点 1. 对感生电场的深入理解。 2.从能量角度对自感现象进行分析解释，理解能量的变化。 难点 1.理解自感电动势对电流变化引起的阻碍作用，以及自感电动势方向的确定。 1. 互感现象 2. 自感现象 3. 磁场的能量 4. 课堂总结 5. 练习与应用 学习内容 第4节 互感和自感 一、互感现象 第4节 互感和自感 一、互感现象 划时代的发现 1831年，法拉第把两个线圈绕在一个铁环上。 一个线圈接电源 G 电源 法拉第用过的线圈 另一个线圈接“电流表” 当给一个线圈通电或断电的瞬间，在另一个线圈上出现了电流。 在法拉第的实验中，两个线圈之间并没有导线相连，但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。 一、互感现象 1.互感：互感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，这种现象叫作互感。 2. 互感电动势 （1）互感现象实质是电磁感应现象。 （2）互感现象产生的感应电动势，称为互感电动势。 思考: 怎样才能使下图中电流计的指针发生偏转？ 实际生活中还有哪些类似的现象呢？ 一、互感现象 观察下列现象，尝试分析其中的原理 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互感电动势。 点击视频 点击视频 一、互感现象 3. 互感的应用 无线充电 收音机里的磁性天线 利用互感现象可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈，亦可以把信息从一个线圈传递到另一个线圈 变压器 校园卡 一、互感现象 4. 互感的危害与防止 互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，也可发生于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，这时要设法减小电路间的互感。 防止互感的电路板 线圈的双线绕法 双线绕法 加油站禁止打电话 一、互感现象 例1．第四代入工心脏是一种被广泛应用于心脏衰竭手术的医疗器械，它采用的无线充电技术从根本上解决了创口感染难题，是人工心脏技术一次革命性的进步。下图为无线充电原理图，由与人工心脏电池相连的受电线圈和与充电器相连的送电线圈构成。下列关于人工心脏无线充电的说法正确的是（　　） A．无线充电的工作原理与指南针的原理相同 B．送电线圈接直流电源时不能对人工心脏电池进行无线充电 C．人工心脏无线充电时，受电线圈始终有收缩的趋势 D．送电线圈与受电线圈只有完全对准重合时才能进行无线充电 B 一、互感现象 问题2：当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场能在邻近的电路中激发出感应电动势，是否也能在它本身激发出感应电动势呢？ 电感 B原 B感 E感 二、自感现象 第4节 互感和自感 二、自感现象 观察两个灯泡的发光情况 A1、A2 使用规格完全一样的灯泡。 闭合电键S，调节变阻器 R 和 R1 ，使A1、A2亮度相同且正常发光. 然后断开开关S。 重新闭合S，观察到什么现象？ 现象：在闭合开关S瞬间，灯A2立刻正常发光，A1却缓慢发光，比A2迟一会儿才正常发光。 演 示 二、自感现象 思考：为什么A1逐渐缓慢地亮起来？ S A1 R I B原 B感 E I A2 结论:电流增大时，线圈的感应电动势“阻碍”原电流的增大，方向与线圈中原电流方向相反。 分析A1灯: 通电自感 闭合开关瞬间 穿过线圈的电流从零开始增大 穿过线圈的磁通量增大 A1灯逐渐变亮 线圈产生感应电动势 感应电流方向与原电流方向相反 阻碍电流增大 二、自感现象 1、自感：当一个线圈中的电流变化时，所产生的变化的磁场在线圈本身激发出感应电动势，这种现象叫做自感。 通电自感 断电自感 2. 自感电动势： （1）自感现象中产生的感应电动势，称为自感电动势。 （2）作用：总是阻碍线圈中原电流的变化，即总是起着推迟电流变化的作用。 ★注意：“阻碍”不是“阻止”，电流原来怎么变化还是怎么变，只是变化变慢了，即对电流的变化起延迟作用。 二、自感现象 断电自感实验演示 开关断开后，通过灯泡的感应电流是否有可能比原来的电流更大？为了使实验的效果更明显，对线圈L应该有什么要求？ 实验验证 观察开关断开时灯泡的亮度变化 断开开关的瞬间，灯泡骤亮后逐渐熄灭。 二、自感现象 实验分析 当RL<RA, 则IL>IA，灯泡就会闪亮一下再熄灭 当RL≥RA, 则IL≤IA则，灯泡就会缓慢的熄灭 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 为了使实验的效果更明显，对线圈的要求：线圈匝数多，电阻要小，有铁芯。 RL=RA IA IL I t RL 远小于RA IA IL I t 二、自感现象 [方法规律]　自感现象中灯泡亮度变化分析 二、自感现象 （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 （1）物理意义:描述线圈产生自感电动势本领大小的物理量。 反映了线圈对电流变化的延时作用的强弱 3.自感系数 亨利（H） （3）单位： 所以 自感电动势大小 线圈越大，越粗，匝数越多，有铁芯，自感系数越大 二、自感现象 约瑟夫·亨利 Henry Joseph 1797-1878 美国著名物理学家，1867年起， 任美国科学院第一任院长; 1829年制成了能提起一吨重铁 块的电磁铁； 1830年发现电磁感应现象， 比法拉第早一年； 1832年发现了电流的自感现象； …… 从来不申请专利 无偿贡献给社会 二、自感现象 电感和电阻对电流的阻碍作用的区别 阻碍电流的变化 阻碍电流 产生自感现象 导体发热 电感越大，电流变化越快，对电流变化的阻碍作用越大，产生自感电动势越大 电阻越大，对电流的阻碍作用越大 线圈的大小、形状、匝数，有无铁芯 导体长度、横截面积、电阻率 电感和电阻都是反映导体本身性质的物理量 二、自感现象 4．自感现象的“三种状态”“一个特点” (1)三种状态①线圈通电瞬间可把自感线圈看成断路。②断电时自感线圈相当于电源。③电流稳定后，自感线圈相当于导体电阻，理想线圈的电阻为0，相当于短路。(2)一个特点在发生自感现象时，线圈中电流不发生“突变”。 二、自感现象 5、自感的应用与防止 镇流器——产生高压 ①应用 震荡电流——发射电波 大型电动机 ③防止 油浸开关 ②危害：电弧火花——烧蚀开关。 二、自感现象 例2．如图所示，电源的电动势为E，内阻不计，A、B是两个不同的小灯泡，且阻值RA<RB，L是自感系数很大、电阻不计的线圈。关于这个电路，下列说法中正确的是（ ） A．S闭合时，A灯、B灯均逐渐变亮 B．S闭合时，通过A灯的电流先增大后减小 C．S由闭合到断开时，电流从右向左流过B灯 D．S由闭合到断开时，A灯和B灯都逐渐熄灭 C 二、自感现象 例3．如图为某电感式位移传感器的原理图，1是待测位移的物体，3是接交流电的空心线圈，软铁芯2插在线圈3中并且可以随物体1左右平移，则该传感器（　　） A．将电流变化信号转化为位移变化信号输出 B．将位移变化信号转化为电流变化信号输出 C．将位移变化信号转化为电阻变化信号输出 D．当物体向左移动时，线圈的自感系数变小 B 三、磁场的能量 第4节 互感和自感 三、磁场的能量 1. 自感现象中的磁场能量 （1）线圈中电流从无到有时：磁场从无到有，电源的能量输送给磁场，储存在磁场中。 （2）线圈中电流减小时：磁场中的能量释放出来转化为电能。 2. 电的“惯性”： 理解∶ 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"。 自感电动势有阻碍线圈中电流变化的性质。 三、磁场的能量 日光灯的主要组成：日光灯管 管内充有微量的惰性气体和稀薄的水银蒸气 点燃：需要远高于220v的电压 正常发光：需要低于220v的电压 ~220V 镇流器 启动器 灯管 知识拓展：日光灯的工作原理 三、磁场的能量 日光灯的工作原理 → 高电压启动 电键闭合 (1)发光原理 气体导电 产生紫外线 (2)工作条件 激发荧光物质发光 → 低电流工作 (3)工作过程 ~220V 镇流器 启动器 灯管 → 启动器加电压 → 氖气放电发出辉光 → 双金属片膨胀闭合 电流流过镇流器、灯丝、启动器 → 辉光消失双金属片分开 ↓ ← 镇流器产生瞬时高压 ← 灯管气体导电荧光物质发光 镇流器产生感应电动势阻碍电流变化降压限流 ← 四、课堂总结 第4节 互感和自感 四、课堂总结 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 五、练习与应用 第4节 互感和自感 五、练习与应用 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 B 五、练习与应用 2.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（ ） 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 五、练习与应用 3.某同学用如图所示的电路研究断电自感现象。闭合开关S，小灯泡发光；再断开S，小灯泡渐渐熄灭。重复多次，仍未见老师演示断电时出现的小灯泡闪亮现象，你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是（ ） A．线圈电阻较大 B．小灯泡电阻较大 C．电源的电动势较小 D．线圈的自感系数较大 A 五、练习与应用 4、如图所示的电路中，D1和D2是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其阻值与R相同。在电键接通和断开时，灯泡D1和D2亮暗的顺序是（ ） A. 接通时D1先达最亮，断开时D1后灭 B. 接通时D2先达最亮，断开时D2后灭 C. 接通时D1先达最亮，断开时D2后灭 D. 接通时D2先达最亮，断开时D1后灭 D1 D2 L R S A 五、练习与应用 5、如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，电感线圈L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值。在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t＝t1时刻断开S.下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图象中，正确的是（ ） B Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 $