第四节 互感与自感（教学课件）物理人教版选择性必修第二册

第二章 电磁感应 人教版（2019）选择性必修 第二册 4. 互感与自感 目录 学习目标 重点难点 课堂导入 探究新知 课堂小结 课堂练习 布置作业 1 2 3 4 5 6 7 2 01 02 03 04 物理观念 建立互感、自感的物理观念，知道互感是两个相互靠近的线圈，一个线圈电流变化引起另一线圈磁通量变化从而产生感应电动势的现象；自感是线圈自身电流变化，引起线圈自身磁通量变化而产生感应电动势的现象，都属于电磁感应现象，都遵循法拉第电磁感应定律与楞次定律。理解自感电动势的作用：阻碍线圈自身电流的变化，区分通电自感、断电自感；知道自感系数由线圈自身结构决定。能从能量角度认识互感、自感过程中的磁场能量转化，深化电磁感应、磁场、能量转化的认知，为变压器、电感元件的学习打下基础。 科学思维 能从法拉第电磁感应定律、楞次定律出发推理互感、自感的产生条件；抓住 “阻碍电流变化” 这一自感核心规律，辨析 “阻碍不等于阻止”；能对通电自感、断电自感现象建构模型，对比两类自感现象的异同；能辩证分析互感、自感的利用与防护（互感用于变压器、无线充电；自感应用于镇流器，同时也要避免电路中自感电动势带来的高压危害），提升模型建构、对比辨析、逻辑论证能力，能用电磁感应规律解释生活里的互感、自感相关现象。 科学探究 通过演示实验（通电自感实验、断电自感实验、互感线圈点亮小灯泡实验）开展探究；观察有无铁芯、线圈匝数不同、通断瞬间、电流变化快慢不同条件下的现象差异；借助控制变量，对比电流变化快慢、线圈匝数、铁芯对互感电动势、自感电动势大小的影响；经历猜想、观察现象、归纳共性、辨析差异的过程，能根据实验现象提炼互感、自感的规律，学会用实验证据支撑电磁感应相关推论。 科学态度与责任 体会互感、自感在变压器、无线充电、日光灯镇流器等工程技术上的价值；认识电磁感应带来的互感、自感效应，既可以服务生产生活，断电自感产生的高压也会带来安全隐患，树立辩证看待技术利弊的意识；在观察、分析自感、互感现象的过程中养成严谨求实、尊重实验事实的习惯；感受电磁感应理论转化为电子元件、电力设备的过程，激发探究电磁技术的兴趣，建立利用物理规律优化技术、服务社会的意识。 学习目标 互感现象 01 教学内容 自感现象 02 磁场的能量 03 教学重点 1 教学重点 2 教学难点 3 理解互感、自感的产生机理，知道二者都属于电磁感应现象，能用法拉第电磁感应定律解释。 解自感电动势 “阻碍电流变化” 的核心特点，会利用楞次定律分析通电自感、断电自感现象。 辨析通电自感与断电自感的异同，能结合能量转化，区分互感、自感的利用与防护场景。 重点难点 课堂导入——观察与思考 观察实验现象，你能解释为什么吗？ 为什么能听见由手机输出的声音？ 小灯泡为什么会发光？ 01 PART 01 第一部分 互感现象 探究新知 7 探究新知——互感现象 把两个没有导线相连的线圈套在一起，当一个线圈中电流变化时，另一个线圈中就产生感应电动势，这种现象叫做互感，产生的感应电动势叫做互感电动势。 探究新知——互感现象的应用 利用互感现象可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈，因此在电工技术和电子技术中有广泛应用。如变压器就是利用互感现象制成的。 城乡变压器 收音机里的磁性天线 无线充电器 探究新知——互感现象的应用 互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,而且可以发生于任何两个相互靠近的电路之间。在电力工程中和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，要设法减小互感。 手机发射出的无线电波（射频电磁辐射），能使接受无线电的天线感生射频电流。当射频电流在金属导体间环流时，遇有锈蚀或接触不良，就会产生射频火花。 互感现象能发生在两个相互靠的很近的电路之间，有时会影响电路工作，因此也要设法减小电路间互感的影响。 探究新知——典例探究 【例1】(多选)(2024·广东省大湾区高二期末)一款无线充电的送餐机器人的充电原理简化示意图如图所示，地面供电装置将电能传输至安装于机器人底部的感应装置中，从而给机器人充电。下列说法中正确的是 A.该无线充电过程利用了电磁感应的原理 B.地面供电装置接入的是恒定电流 C.地面供电装置会产生随时间变化的磁场 D.充电时，穿过感应装置中线圈的磁通量是恒定不变的 探究新知——典例探究 【解析】该无线充电过程利用了电磁感应的原理，A正确； 地面供电装置要产生随时间变化的磁场，所以接入的是变化的电流，B错误，C正确； 充电时，穿过感应装置中线圈的磁通量是变化的，这样才能产生感应电动势，D错误。 02 PART 02 第二部分 自感现象 探究新知 13 探究新知——思考与讨论 线圈中电流发生变化，是否也会在自己的回路里产生电动势？ 当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场激发出本身感应电动势。这种现象称为自感，由于自感而产生的感应电动势叫做自感电动势。 探究新知——实验探究 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。 你能解释以下这是为什么吗？ 探究新知——实验探究 观察开关断开时灯泡的亮度 按图连接电路。先闭合开关使灯泡发光，然后断开开关。注意观察开关断开时灯泡的亮度。演示前思考下列问题： 1. 电源断开时，通过线圈 L 的电流减小，这时会出现感应电动势。感应电动势的作用是使线圈 L 中的电流减小得更快些还是更慢些？ 2.产生感应电动势的线圈可以看作一个电源，它能向外供电。由于开关已经断开，线圈提供的感应电流将沿什么路径流动？ 探究新知——实验探究 分析： 断开电源通过电感线圈I↓ ⇒阻碍线圈中的电流减少。 这个电流只能通过A灯形成回路，所以A灯上的电流不是立刻变为零。 线圈L中的感应电流要从稳定时的值开始逐渐减小，所以线圈的直流电阻要小于灯泡的电阻。 B原 B感 探究新知——自感现象 电感 1、自感 自感现象中产生的感应电动势。 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。 2、自感电动势： 探究新知——自感现象 1.自感电动势的大小 自感系数 L　越大，E　越大，对电流阻碍越大 探究新知——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: 2.自感系数 描述线圈产生自感电动势本领大小的物理量 甲 一条导线弯了几匝的线圈 乙 空芯线圈， 丙 在铁芯上绕了几千匝的线圈， 亨利（H） （3）单位： 探究新知——典例探究 【例2】(来自教材)如图所示，L是自感系数很大的线圈，但其自身的电阻几乎为0。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？ 请作出解释。 (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？请作出解释。 探究新知——典例探究 【解析】（1）　当开关由断开变为闭合时，两灯两端立即有电压，同时发光；由于线圈的电阻很小，当电路稳定时，B灯被线圈短路，故B灯由亮变暗，直到不亮，A灯由亮变为更亮。 （2）当开关由闭合变为断开时，A灯两端电压变为0，立即熄灭。由于L是自感系数很大的线圈，自身电阻几乎为零，当电流减小时，线圈产生的自感电动势很大，相当于电源，给B灯提供短暂的电流，此时电流很大，B灯由熄灭变亮然后又逐渐变暗，过一会儿熄灭。 探究新知——总结提升 自感中“闪亮”与“不闪亮”问题   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突然增大，灯泡立刻变亮，然后电流I2逐渐增大，I1逐渐减小达到稳定 断电时 电流逐渐减小，灯泡逐渐变暗，灯泡中电流方向不变 ①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗； ②若I2>I1，灯泡闪亮后逐渐变暗。 两种情况灯泡中电流方向均改变 探究新知——典例探究 【例3】(2024·天津市南开区高二期末)如图所示的电路中，L是自感线圈，其直流电阻值小于灯泡D的阻值，电流传感器(相当于电流表)的电阻忽略不计，电源内阻不可忽略。在t=0时刻闭合开关S，经过一段时间在t=t1时刻断开开关S。则下列关于电流传感器记录的电流随时间变化情况的图像中，可能正确的是 探究新知——典例探究 【解析】闭合S瞬间，线圈中产生自感电动势阻碍电流增加，则线圈相当于断路，此时通过电流传感器的电流最大；随线圈阻碍作用的减小，通过线圈的电流逐渐变大，通过电流传感器的电流逐渐减小，电路稳定后，外电路电阻不变，外电压不变，通过电流传感器的电流不变；因为线圈的直流电阻值小于灯泡D的阻值，稳定后，通过线圈的电流大于通过电流传感器的电流。t=t1时刻断开开关S，由于自感现象，线圈阻碍电流减小，原来通过线圈L的电流此时从左向右流过电流传感器，与原来电流方向相反，且逐渐减小，直至为零，故A正确，B、C、D错误。 探究新知——总结提升 自感现象中I-t图像的处理技巧 03 PART 03 第三部分 磁场的能量 探究新知 27 探究新知——磁场的能量 断电自感：开关断开后，灯泡的发光还能维持一小段时间，能量是从哪里来的？ 自感 线圈 电流磁场 磁场能 开关闭合时线圈中有电流，电流产生磁场，能量储存在磁场中，开关断开时，线圈作用相当于电源，把磁场中的能量转化成电能。 探究新知——典例探究 【例4】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 探究新知——典例探究 【解析】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，选项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，选项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，选项C错误； 对于确定的线圈，自感系数一定，其产生的自感电动势与其电流变化率成正比，选项D正确。 课堂小结 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 磁场中的能量 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 布置作业 1.认真阅读课本本节内容，并完成课后“练习与应用”； 2.完成分层作业。 谢谢聆听 鼎力物理制作，盗版必究 谢谢聆听 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 $