2.4 互感和自感 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

第二章 电磁感应 第4节 互感和自感 1 趣味小实验 隔空传声实验是什么原理呢？ 为什么手机放音乐时可以从没有连接的音响出放出呢？这是什么原理呢？我们这节课一起来研究这神奇的物理现象。 2 情境与思考 无线充电 与之类似的还有无线充电，手机不用连接充电线就可以充电。 3 趣味小实验 实验一： 实验二： 盒子内线圈 通直流电 改装后盒子内线圈通交流电 B A 老师做了两个无线取电的小装置，第一个盒子里有直流电源和线圈，来看看我们能不能取电成功。 你们知道为什么失败了吗？（提问） 答：结合我们之前学习的内容，盒子里的线圈通直流电，产生的磁场是恒定磁场，穿过另一个线圈的磁通量不变，不会产生感应电流。 来看第二个盒子经过改装后可以使直流电转换成方波交流电，也就是盒子内线圈中的电流大小不变方向不断改变，这次我们能成功吗？ 知道这次为什么成功了吗？（提问） 答：盒子内线圈电流方向不断改变，产生的磁场方向不断改变，穿过另一个线圈的磁通量不断变化也就产生了感应电流。 4 情境与思考 这个就是无线充电板内部结构，我们来试一下能不能给手机充电。 同学们能解释无线充电的原理吗？ 答：充电板里的线圈通交流电后产生变化的磁场，由于手机放在充电板上，手机内的线圈磁通量发生变化，产生感应电动势，也就给手机电池充电了。 5 1. 定义： 两个相互靠近的线圈，当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化磁场会在另一个线圈中产生感应电动势。产生的电动势叫作互感电动势。 互感现象 2. 应用：无线充电、 变压器、收音机磁性天线等。 变压器 无线充电 收音机磁性天线 像这样两个相互靠近的线圈，当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化磁场会在另一个线圈中产生感应电动势，这种现象我们称为互感。产生的电动势叫作互感电动势。 生活中还有哪些有关的应用呢？ 6 互感现象 3. 危害： 互感现象能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正常工作。 防止互感的电路板 1. 定义： 两个相互靠近的线圈，当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化磁场会在另一个线圈中产生感应电动势。产生的电动势叫作互感电动势。 2. 应用：无线充电、 变压器、收音机磁性天线等。 虽然生活中有关互感的应用还有很多，但是互感也不是百利而无一害的，由于任何两个相互靠近的电路之间都会发生互感现象，在电力工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路正常工作，所以有专门防止互感的电路板。 7 情境与思考 隔空传声实验 我是否也会产生感应电动势呢？ A B 同学们，这回你们能解释隔空传声这个实验的原理吗？ 答：手机放音乐时连接的A线圈中会有变化的电流，产生了变化的磁场，穿过了连接音箱的B线圈，这样B线圈中产生了同频率的感应电流，也就播放出了音乐。 B线圈发生了电磁感应现象，可是A线圈也有闭合回路，是否也会发生电磁感应现象呢？我们如何验证自己的猜想呢？ 答：假设有感应电动势，电路中电流就会变化。 如何知道电流变化呢？答：可以用灯泡观察。 8 S D1 D2 R L 发光二极管，具有单向导电性，只有通正向电流才发光。 老师设计了这样的电路，可以观察当开关闭合瞬间二极管的亮暗情况。 9 实验：用传感器演示自感对电路中电流的影响 实验1：将电流传感器接入串联电路，闭合开关，观察电流变化情况。 实验2：将线圈移除，闭合开关，观察电流变化情况。 10 实验：用传感器演示自感对电路中电流的影响 通过两次实验得到的图像我们发现，无线圈时电流是突然增大的，有线圈时电流是缓慢增大的。说明线圈本身会产生感应电动势。 12 S D1 D2 R L 自感现象 实验1：通电自感 1. 定义：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。产生的电动势叫作自感电动势。 我们从实验中可以看到通电时与电阻串联的二极管先亮，与线圈串联的二极管后亮，这说明线圈阻碍了它所在支路电流的变化，因此当一个线圈中电流变化时会在它本身激发出感应电动势，这种现象我们称为自感现象。此实验称为通电自感实验。接下来我们分析原理。 13 S D1 D2 R L 自感现象 实验1：通电自感 1. 定义：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。产生的电动势叫作自感电动势。 请思考线圈中原电流方向？原磁通量方向？它们是如何变的？根据法拉第电磁感应判断出感应电流方向？ 接下来我们分析原理。 14 Φ S D1 D2 R L 自感现象 IA1 IA2 ①I原增大，线圈上的I感与I原方向 。 相反 线圈L电流增大 磁通量增大 产生感应电流 产生自感电动势 阻碍 实验1：通电自感 1. 定义：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。产生的电动势叫作自感电动势。 电流方向如图，通电瞬间电流增大，电流产生的磁场增大，线圈中磁通量发生变化，根据电磁感应定律产生自感电动势，从而产生感应电流，根据楞次定律感应电流总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化，所以线圈不想让所在之路电流增大，因此与线圈串联的二极管亮的要慢一些。 此实验是电流增大时发生的自感，那电流减小时现象如何？ 15 S A L D 自感现象 实验2：断电自感 1. 定义：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。产生的电动势叫作自感电动势。 接下来我们进行断电自感实验，这个实验有三条支路，分别是线圈、二极管、灯泡，二极管具有单向导电性，只有通正向电流才能发光，所以可以从二极管亮与不亮知道电流的方向。从实验中观察到原本小灯泡亮二极管不亮，断电时二极管发光后熄灭，小灯泡闪亮一下熄灭，为什么呢？ 16 S A L D 自感现象 实验2：断电自感 1. 定义：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。产生的电动势叫作自感电动势。 请思考线圈中原电流方向？原磁通量方向？它们是如何变的？根据法拉第电磁感应判断出感应电流方向？ 17 S A L D 自感现象 Φ IL IA ②I原减小，线圈上的I感与I原方向 。 相同 实验2：断电自感 I感 线圈L电流减小 磁通量减小 产生感应电流 产生自感电动势 阻碍 1. 定义：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。产生的电动势叫作自感电动势。 电流方向如图，开关断开时电路中电流减小，通过线圈的电流减小，因此穿过线圈的磁通量发生变化，根据电磁感应定律产生自感电动势，而已产生感应电流阻碍线圈中电流的变化，因此感应电流与原电流方向相同，开关断开后，线圈相当于一个新的短暂的电源，所以感应电流又通过二极管和小灯泡所在支路。 我们能否用传感器探究电流的方向呢？ 18 实验3：将电阻箱与电流传感器串联后，再与线圈并联，接入电路，观察开关断开 时电流的变化情况。 实验：用传感器演示自感对电路中电流的影响 19 实验：用传感器演示自感对电路中电流的影响 实验3：将电阻箱与电流传感器串联后，再与线圈并联，接入电路，观察开关断开 时电流的变化情况。 21 自感现象 1. 定义： 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。产生的电动势叫作自感电动势。 产生感应电流 断电自感：I原减小，线圈上的I原与I感方向相同 线圈L电流变化 磁通量变化 产生自感电动势 电磁感应定律 阻碍 通电自感：I原增加，线圈上的I原与I感方向相反 2. 两种情况 例1. L是自感系数很大、自身电阻几乎为0的线圈，A和B是两个相同的小灯泡。 （1）当开关S由断开变为闭合时，A、B两个灯泡的亮度将如何变化？ （2）当开关S由闭合变为断开时，A、B两个灯泡的亮度又将如何变化？ （1）开关闭合时，两灯立即有电流，同时发光，由于线圈的电阻很小，B灯被线圈短路，由亮变暗直到不亮；A灯由亮变为更亮 （2）当开关断开时，A灯没有了电流立即熄灭；线圈中电流减少时，线圈产生自感电动势，相当于电源，给B灯提供短暂的电流使B灯缓慢熄灭 22 IR IL I t 思考：如图用电流传感器收集开关断开前后通过电阻R、线圈L的电流IR、IL随时间变化的数据： （1）若RL = R，请作出电脑上显示的IR、IL时间变化图像。 （2）若RL远小于R ，请作出电脑上显示的IR、IL时间变化图像。 IR IL I t RL = R： RL 远小于R： 电流传感器 L S IR IL R 实验：用传感器演示自感对电路中电流的影响 当开关断开后我们发现线圈相当于新的电源，回路中以线圈的电流大小逐渐减小。接下来我们一起玩个游戏来感受一下。 23 趣味小实验 “千人震” 开关断开后，电流还能维持一小段时间，能量是从哪里来的呢？ 看来当开关断开时回路中是以线圈中的电流逐渐减小的。开关断开后，电流还能维持一小段时间，能量是从哪里来的呢？ 开关断开后线圈中的电流并未立即消失，有电流就有磁场，能量储存在磁场中，此时线圈相当于电源，把磁场中的能量转化成电能。 24 自感现象 1. 定义： 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。产生的电动势叫作自感电动势。 2. 应用： 3. 危害： 镇流器、 插、拔充电器时容易产生电火花。 摩托车上的电控制装置 ——继电器 继电器等。 学习了自感现象同学们知道有关的应用有哪些吗？比如日光灯的镇流器，它可以在日光灯启动瞬间产生高压，从而点亮日光灯。再比如摩托车上的电控制装置——继电器。还有其他的应用，同学们可以课后查阅资料。那自感有没有危害呢？比如插、拔充电器时容易产生电火花，容易发生火灾。 既然自感现象是因为线圈中电流变化时产生的，那么自感电动势与电流变化有什么关系呢？ 25 自感系数 由线圈本身决定(大小、形状、匝数、是否有铁芯等)。 用来描述电感线圈对其中电流的阻碍作用，即L越大对电流阻碍作用 。 亨利，简称亨，符号H。 越大 提示：自感电动势也是感应电动势： 实验表明，磁场的强弱正比于电流的强弱： 思考：自感电动势与电路中电流的变化有什么关系呢？请推导。 1. 定义： 2. 单位： 3. 影响因素： 我们设L为比例系数，L称为自感系数，用来描述电感线圈对电流的阻碍作用。即L越大对电流阻碍作用越大。单位是亨利。影响线圈自感系数的因素有哪些呢？我们通过实验来探究。 26 同学们，下课！ $