2.4 互感和自感 课件+素材 人教版高中物理选修二

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2.4 互感和自感
人教版高中物理选修二
目录
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。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？
新知导入
1831年，法拉第把两个线圈绕在一个铁环上。
法拉第：历经10年，“痴”心不改，
他在1831年8月29日的日记中写下了首次成功的记录。
一个线圈接电源
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。
新知导入
1.定义：当一个线圈中电流变化时，在另一个线圈中产生感应电动势的现象。
2.互感现象中产生的感应电动势，称为互感电动势。
新知探究
新知探究
收音机里的“磁性天线”
◎传递能量
◎传递信息
3.互感现象应用：
变压器
新知探究
无线充电技术原理
手机开始充电时，底座同时亮起了一圈呼吸灯，互感。
3.互感现象应用：
新知探究
4、互感的危害与防止
影响因素：形状、大小、匝数、有无铁芯、相对位置等。
实际上互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，也可以发生在任何两个相互靠近的电路之间。会影响电路的正常工作。
互感的防止电路板
新知探究
判断正误。(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。 ( )(4)变压器是利用互感现象制成的。 ( )

新知应用
在无线电仪器中，常需要在距离较近处安装两个线圈，并要求当一个线圈中有电流变化时，对另一个线圈中的电流的影响尽量小。则图中两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是(　　)
【解析】互相垂直的线圈由于产生的磁场互相垂直，因而影响较小，D正确。
D
新知应用
(多选)如图所示，一电子以初速度v沿与金属板平行的方向飞入M、N极板间，发现电子向M板偏转，则可能是(　　)
A.开关S闭合瞬间B．开关S由闭合到断开瞬间C．开关S是闭合的，变阻器滑片P向左迅速滑动D．开关S是闭合的，变阻器滑片P向右迅速滑动

【解析】开关S接通瞬间，根据安培定则，穿过线圈的磁通量向右增加，由楞次定律知在右侧线圈中感应电流的磁场方向向左，产生左正右负的电动势，电子向M板偏转，A正确；断开开关S瞬间，穿过线圈的磁通量减少，由楞次定律知在右侧线圈中产生左负右正的电动势，电子向N板偏转，B错误；接通S后，变阻器滑片向左迅速滑动，电阻减小，电流增大，穿过线圈的磁通量增加，由楞次定律知在右侧线圈中产生左正右负的电动势，电子向M板偏转，C正确；接通S后，变阻器滑片向右迅速滑动，电阻增大，电流减小，穿过线圈的磁通量减少，由楞次定律知在右侧线圈中感应出左负右正的电动势，电子向N板偏转，D错误。
AC
新知应用
　(多选)某同学设计的家庭电路保护装置如图所示，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成，当右侧线圈L2中产生电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K，从而切断家庭电路。仅考虑L1在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的有(　　　)A.家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零B．家庭电路中使用的电器增多时，L2中的磁通量不变C．家庭电路发生短路时，开关K将被电磁铁吸起D．地面上的人接触火线发生触电时，开关K将被电磁铁吸起

【解析】家庭电路正常工作时，零线和火线中的电流大小相等、方向始终相反，在L1中产生的磁场方向始终相反，磁场相互叠加，L1、L2中的磁通量为零，A项正确；家庭电路中使用的电器增多及电路发生短路时，零线和火线中的电流变大，但大小仍然相等，电流方向始终相反，L1、L2中的磁通量仍为零，不变，B项正确，C项错误；地面上的人接触火线发生触电时，零线和火线中的电流大小不相等，L1中的磁通量不为零且发生变化，L2中的磁通量不为零且发生变化，线圈L2中产生感应电流，此时开关K将被电磁铁吸起，D项正确。
ABD
新知应用
思考与讨论：
S
电源
①当线圈中电流发生变化时，自身的回路中是否还有电磁感应现象呢？
④如何解释实验现象？
②如何设计实验电路？
③预测一下实验现象？
新知探究
2.自感现象中产生的感应电动势，称为自感电动势。
1.定义：由于线圈本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。
电感
分析：通过电感线圈　I　↑
⇒Φ　↑
⇒电动势，阻碍Φ增加
E感
通电自感
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。
新知探究
②预测一下实验现象？
③如何改进实验电路？
①线圈中电流增加时,会产生自感电动势，那么线圈中电流减少时，又会怎么样呢？
④如何解释实验现象？
思考与讨论：
新知探究
思考：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？
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。
实验验证：
断电自感，
新知探究
通电自感：A2立刻就正常发光，A1逐渐变亮。
断电自感：A1和A2缓慢熄灭
当IL>IA2则，A2就会闪亮一下再熄灭
当IL≤IA2则，A2就会缓慢的熄灭
断电前线圈与灯泡串联，则I感与I原同向。
通电自感：A灯立刻就正常发光，随后缓慢变暗，甚至熄灭
断电自感：A灯缓慢熄灭
当IL>IA则，灯泡就会闪亮一下再熄灭
当IL≤IA则，灯泡就会缓慢的熄灭
断电前线圈与灯泡并联，则I感与I原反向。
新知探究
用传感器研究自感现象
数据采集感器
电流传感器A
电流传感器B
新知探究
用电流传感器显示自感对电流的影响：
开关闭合时电流是逐渐增大的
去掉电感线圈
开关闭合时电流是瞬间增大
用传感器研究自感现象
新知探究
用电流传感器显示自感对电流的影响：
开关断开前后通过电阻R的电流方向不同
用传感器研究自感现象
新知探究
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
新知探究
描述线圈产生自感电动势本领大小的物理量
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
亨利（H）
1.物理意义:
3.单位：
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，
甲
乙
丙
新知探究
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
新知探究
◆名称:
擦出电火花！
◆器材:
干电池一节、小线圈一只、导线若干。
◆要求:
①构建电路，能看到电火花的闪现；
②能体会到轻微的电击感。
◆电路:
体验自感
新知探究
5.自感现象的防止
新知探究
4.自感现象的应用
新知探究
5.自感现象的防止
油浸开关
双线绕法
新知探究
　思考判断 (1)自感现象中，感应电流方向一定和原电流方向相反。( ) (2)线圈中产生的自感电动势较大时，其自感系数一定较大。( ) (3)对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感电动势较大。( ) (4)一个线圈中的电流均匀增大，自感电动势也均匀增大。( )
×
×
√
×
新知应用
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
1. 磁场能：储存在磁场中的能量
2. 电的“惯性”
新知探究
判断正误。(1)有电流的线圈能量储存在磁场中。 ( )(2)断电自感中，灯泡的能量来源于磁场。 ( )(3)通电自感中，电源把能量输送给磁场。 ( )(4)线圈的自感系数越大，自感现象越明显，线圈能够体现电的“惯性”。( )

新知应用
　小宇为了研究自感现象，利用实验室提供的实验器材设计了如图所示的电路，其中甲、乙为两个完全相同的小灯泡，L为自感系数很大的线圈，且稳定时的电阻与电路中定值电阻R的阻值相同。则下列说法正确的是(　　)A．开关闭合的瞬间，甲、乙两灯同时变亮B．断开开关的瞬间，甲灯立即熄灭，乙灯过一会儿后熄灭C．闭合开关，当电路稳定时甲、乙两灯的亮度相同D．断开开关的瞬间，m点的电势高于n点的电势

【解析】开关闭合的瞬间，由于线圈中自感电动势的阻碍，甲灯先亮，乙灯后亮，故A项错误。断开开关的瞬间，线圈中产生自感电动势，甲、乙两灯串联在一起构成闭合回路，两灯同时逐渐熄灭，故B项错误。闭合开关，当电路稳定后，自感作用消失，又由于稳定时线圈的电阻与电路中的定值电阻R的阻值相同，则稳定时通过甲、乙两灯的电流相等，两灯亮度相同，故C项正确。断开开关的瞬间，线圈中产生自感电动势，线圈中的电流方向与断开开关前相同，线圈的右端相当于电源的正极，与甲、乙两灯泡和定值电阻构成回路，n点的电势高于m点的电势，故D项错误。
C
新知应用
课堂小结
１.(多选)如图甲、乙所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，且小于灯A的电阻，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则(　　)A.在电路甲中，断开S，A将渐渐变暗B．在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗C．在电路乙中，断开S，A将渐渐变暗D．在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
【解析】在电路甲中，断开S，由于线圈产生自感电动势阻碍电流变小，导致回路中的电流逐渐减小，A将逐渐变暗，故A正确，B错误；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，于是原来通过线圈的电流通过灯泡形成新的回路，由于通过灯泡A的电流比原来的大，导致A将变得更亮一下，然后逐渐变暗，故C错误，D正确。
AD
新知巩固
２．(多选)如图所示，L是自感系数较大的线圈，其直流电阻可忽略不计，a、b、c是三个相同的小灯泡，下列说法正确的是(　　)A．开关S闭合时，b、c灯立即变亮，a灯逐渐变亮B．开关S闭合，电路稳定后，b、c灯亮，a灯不亮C．开关S断开时，b、c灯立即熄灭，a灯逐渐熄灭D．开关S断开时，c灯立即熄灭，a、b灯逐渐熄灭

【解析】灯a与线圈L串联，当开关S闭合时，灯b、c立即变亮。通过线圈L的电流增大，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律，线圈产生的感应电动势与原来电流方向相反，阻碍电流的增大，电路的电流逐渐增大，a逐渐亮起来。由于线圈直流电阻忽略不计，当电流逐渐稳定时，线圈不产生感应电动势，a、b两灯电流相等，亮度相同，故A正确、B错误；稳定后，当开关S断开时，由于自感，线圈中的电流只能慢慢减小，其相当于电源，与灯泡a、b构成闭合回路，a、b两灯都逐渐熄灭，而c灯立即熄灭，故C错误、D正确。
AD
新知巩固
３.如图所示，将两端刮掉绝缘漆的导线绕在一把锉刀上，一端接上电池(电池另一极与锉刀接触)，手执导线的另一端，在锉刀上来回滑动，由于锉刀表面凹凸不平，就会产生电火花。下列说法正确的是(　　)A.火花是由于摩擦生热引起的B．如导线端只向一个方向滑动也能产生电火花C．要产生电火花，锉刀必须由铁磁性材料做成D．事实上，导线另一端只要保持与锉刀良好接触而不滑动，也会产生电火花
【解析】由图可知，产生电火花的回路由导线、锉刀与电池组成，手执导线的另一端，在锉刀上来回滑动时产生的电火花，是由于电路时通时断，在回路中产生自感电动势产生的，与导线运动的方向无关，如导线端只向一个方向滑动也能产生电火花，故A错误，B正确；根据原理可知，只要锉刀是导体，则实验均能完成，故C错误；如果导线另一端保持与锉刀良好接触而不滑动，就不会产生自感电动势，从而不会产生电火花，选项D错误。
B
新知巩固
４．(多选)如图所示的电路中，电感线圈L的自感系数很大，电阻可忽略，D为理想二极管，则下列说法正确的有(　　)A．当S闭合时，L1立即变亮，L2逐渐变亮B．当S闭合时，L1一直不亮，L2逐渐变亮C．当S断开时，L2立即熄灭D．当S断开时，L1突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭

【解析】当S闭合时，因二极管加上了反向电压，故二极管截止，L1一直不亮；通过线圈的电流增加，感应电动势阻碍电流增加，故使得L2逐渐变亮，选项B正确，A错误；当S断开时，由于线圈自感电动势阻碍电流的减小，故通过L2的电流要在L2—L1—D—L之中形成新的回路，故L1突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭，L2逐渐变暗至熄灭，选项C错误，D正确。
BD
新知巩固
某兴趣小组探究断电自感现象的电路如图所示。闭合开关S，待电路稳定后，通过电阻R的电流为I1，通过电感L的电流为I2。t1时刻断开开关S，下列图像中能正确描述通过电阻R的电流IR和通过电感L的电流IL的是 (　　)
【解析】S断开后，电感线圈与R构成回路，R中的电流反向，大小与线圈L中的电流相等，并逐渐减小，故A正确，B错误；断开S后，R与线圈串联，流过线圈的电流减小，电感线圈产生与原电流方向相同的感应电动势，且电动势慢慢变小，则线圈中电流方向不变，大小逐渐变小，而且变小得越来越慢，而R中的电流反向，故C、D错误。
A
新知巩固
（1）为使通电自感实验的效果更明显（能比较明显地看到灯有一个逐渐变亮的过程），你有什么可行的方法？（2）为使断电自感实验的效果更明显（能比较明显地看到灯的熄灭有一个延时过程，甚至出现闪亮），你有什么可行的方法？（3）如何设计电路来测量线圈的自感系数和探究自感系数的决定因素？（4）互感与自感都是常见的电磁感应现象，请大家课后自学教材里的相关内容，或查阅相关资料:了解其能量的转化关系以及它们在实际生活与生产中的应用和防止。
课后思考与讨论：
课后作业
课程结束
人教版高中物理选修二