粤教版高中物理选择性必修第二册第2章第4节互感和自感学案

这是一份粤教版高中物理选择性必修第二册第2章第4节互感和自感学案，共23页。

第四节　互感和自感1．了解互感与自感现象，认识自感电动势对电路中电流的影响。2．了解自感系数及自感电动势的表达式E＝LΔIΔt，知道自感系数的决定因素。3．了解生活和生产中的自感现象的应用与防治。知识点一　互感现象当线圈A中电流发生变化时，它产生的变化的磁场在线圈B中激发出了感应电动势。根据对称性思想，线圈B中感应电流的变化，同时也会在线圈A中产生相应的感应电动势。这种现象称为互感，所产生的感应电动势称为互感电动势。互感现象也可以发生在两个互相靠近的电路之间。知识点二　自感现象1．自感现象：当线圈中的电流发生变化时，线圈本身产生的感应电动势，阻碍原来电流变化的现象。2．通电自感和断电自感3．自感电动势在自感现象中产生的感应电动势。知识点三　自感系数1．定义：描述通电线圈自身特性的物理量，又称自感或电感。2．物理意义：表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量。3．大小的决定因素：与线圈的大小、形状、匝数以及有无铁芯等因素有关。4．单位：国际单位是亨利，简称亨，符号是H，常用的还有毫亨(mH)和微亨(μH)，1 H＝103 mH＝106 μH。知识点四　生活、生产中的自感现象1．自感现象广泛地存在于生活、生产之中。人们常常利用自感现象，比如通过断电自感来产生高压，日光灯、汽车发动机点火器、煤气灶电子点火器等都利用了这一原理。2．自感现象也会产生危害，生产中的大型电动机一般都有自感系数很大的线圈。当电路中开关断开时，线圈会产生很大的自感电动势，使开关的闸刀和固定夹片之间的空气电离而变成导体，形成电弧。这不仅会烧坏开关，甚至还会危害到操作人员的安全，因此，切断这种电路时必须采用特制的安全开关。1．思考判断(正确的画“√”，错误的画“×”)(1)自感现象是由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。 (√)(2)线圈中自感电动势的方向总与引起自感的原电流的方向相反。 (×)(3)线圈中自感电动势的大小与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关。 (√)(4)线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定。 (√)(5)当电流增加时，自感电动势的方向与原来的电流反向，当电流减小时与原来的电流同向。 (√)2．通过一个线圈的电流在均匀增大时，则这个线圈的(　　)A．自感系数也将均匀增大B．自感电动势也将均匀增大C．磁通量保持不变D．自感系数和自感电动势不变D　[线圈的磁通量与电流大小有关，电流增大，由法拉第电磁感应定律知，磁通量变化，C项错误；自感系数由线圈本身决定，与电流大小无关，A项错误；自感电动势E＝LΔIΔt，与自感系数和电流变化率有关，对于给定的线圈，L一定，已知电流均匀增大，说明电流变化率恒定，故自感电动势不变，B项错误，D项正确。]3．(多选)如图所示，带铁芯的自感线圈的电阻与电阻R的阻值相同，A1和A2是两个完全相同的电流表，则下列说法中正确的是(　　)A．闭合S瞬间，电流表A1示数小于A2示数B．闭合S瞬间，电流表A1示数等于A2示数C．断开S瞬间，电流表A1示数大于A2示数D．断开S瞬间，电流表A1示数等于A2示数AD　[闭合S瞬间，由于自感线圈L的阻碍，使得I1i2。若t1时刻断开S，下列四个图中能正确表示流过灯泡的电流 i2随时间t变化关系的是(　　)A　　　　　　　　BC　　　　　　　　DD　[断开开关瞬间，由于线圈的自感作用，流过线圈的电流这一瞬间没变，因此流过灯泡的电流这一瞬间方向发生改变，且大小变为i1 ，然后随电感线圈能量的减小，电流再逐渐减小，故D正确，A、B、C错误。]9．在如图所示的电路中，两个相同的小灯泡L1和L2，分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器R。闭合开关S后，调整R，使L1和L2发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均为I。然后，断开S。若t′时刻再闭合S，则在t′前后的一小段时间内，正确反映流过L1的电流i1、流过L2的电流i2随时间t变化的图像是(　　)A　　　　　　　　BC　　　　　　　　DB　[由于小灯泡L1与电感线圈串联，断开S后再闭合，流过L1的电流从无到有(即增大)，电感线圈对电流有阻碍作用，所以流过灯泡L1的电流从0开始逐渐增大，最终达到I，故A错误，B正确；由于小灯泡L2与滑动变阻器串联，断开S后再闭合，立即有电流通过L2，当I1电流逐渐增大时，流过L2的电流逐渐减小，最终减到I，故C、D错误。]10．如图所示，电源电动势为E，其内阻r不可忽略，L1、L2是完全相同的灯泡；线圈L的直流电阻不计，电容器的电容为C。下列说法正确的是(　　)A．刚接通开关S的瞬间，L1立即亮，L2逐渐变亮B．合上开关S，电路稳定后，灯泡L1、L2的亮度相同C．电路稳定后在断开S的瞬间，通过灯泡L1的电流方向向右D．电路稳定后在断开S的瞬间，通过灯泡L2的电流为零C　[闭合开关瞬间L相当于断路，L1和L2串联接入电路，都有电流，可知两个灯泡同时变亮，故A错误；稳定后L相当于一段导线，L1中无电流，L2中有电流，二者的亮度不同，故B错误；断开瞬间，L相当于电源，与L1组成回路，L1中电流方向向右，故C正确；电容器和L2组成回路，断开瞬间电容器有短暂的放电电流，L2中电流不能瞬间为0，故D错误。]11．如图所示，A、B是两个完全相同的灯泡，D是理想二极管，L是带铁芯的线圈，其自感系数很大，直流电阻忽略不计，下列说法正确的是(　　)A．S闭合瞬间，A先亮B．S闭合瞬间，A、B同时亮C．S断开瞬间，A闪亮一下，然后逐渐熄灭D．S断开瞬间，A逐渐熄灭，但不会闪亮一下C　[开关S闭合时，灯泡A所在支路由于二极管的单向导电性而处于断路状态，所以灯泡A不会亮，由于线圈的自感作用，灯泡B逐渐亮起来，故A、B错误；开关S断开瞬间，由于线圈的自感作用，线圈、二极管、灯泡A构成了一个闭合回路，自感电流的方向符合二极管的导通方向，所以灯泡A开始发光，随着自感电流减小，灯泡A熄灭，即灯泡A闪亮一下，然后逐渐熄灭，灯泡B则立即熄灭，故C正确，D错误。]12．如图所示，电源的电动势为E＝10 V，内阻不计，L与R的电阻值均为5 Ω，两灯泡的电阻值均为RL＝10 Ω，将开关闭合。(1)求断开S的瞬间，灯泡L1两端的电压；(2)定性画出断开S前后一段时间内通过L1的电流随时间的变化规律。[解析]　(1)电路稳定工作时，由于a、b两点的电势相等，导线ab上无电流通过。因此通过L的电流为IL＝E2R＝1010 A＝1 A，流过L1的电流为IL1＝E2RL＝1020 A＝0.5 A，断开S的瞬间，由于线圈要想维持IL不变，而与L1组成闭合回路，因此通过L1的最大电流为1 A。所以此时L1两端的电压为U＝IL·RL＝10 V。(2)断开S前，流过L1的电流为0.5 A不变，而断开S的瞬间，通过L1的电流突变为1 A，且方向也发生变化，然后渐渐减小到零，所以它的I-t图像如图所示(t0为断开S的时刻)。[答案]　(1)10 V　(2)图见解析项目电路现象自感电动势的作用通电自感接通电源的瞬间，灯泡A1较慢地亮起来阻碍电流的增加断电自感断开开关的瞬间，灯泡A逐渐变暗阻碍电流的减小项目通电自感断电自感电路图器材要求A1、A2同规格，R＝RL，L较大L很大(有铁芯)，RL≪RA现象在S闭合瞬间，A2灯立即亮起来，A1灯逐渐变亮，最终一样亮在开关S断开时，灯A突然闪亮一下后再渐渐熄灭(当抽掉铁芯后，重做实验，断开开关S时，会看到灯A马上熄灭)原因由于开关闭合时，流过电感线圈的电流迅速增大，使线圈产生自感电动势，阻碍电流的增大，使流过A1灯的电流比流过A2灯的电流增加得慢断开开关S时，流过线圈L的电流减小，使线圈产生自感电动势，阻碍电流的减小，使电流继续存在一段时间；在S断开后，通过L的电流反向通过电灯A，且由于RL≪RA，使得流过A灯的电流在开关断开瞬间突然增大，从而使A灯的发光功率突然变大能量转化情况电能转化为磁场能磁场能转化为电能