高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册4 互感和自感教课ppt课件

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这就是我们今天将要学习的互感现象。
你知道出现这一现象的原因吗？
一、互感现象1.互感电动势如图，在法拉第最初发现电磁感应现象的实验中，两个线圈之间并没有导线相连。
思考讨论：两个互不相连的线圈，当一个线圈中的电流发生变化时，在另一个线圈中为什么会产生感应电动势（感应电流）？
参考答案：如图，当A线圈电键闭合或断开的瞬间，线圈中突然出现电流，线圈中立即产生磁场，这个磁场通过圆形铁芯穿过B线圈。由于突然有磁场穿过B边线圈，
磁通量增加，于是便在线圈中产生了感应电动势（感应电流）。
1.互感现象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，这种现象叫做互感现象。
3.互感电动势：在互感现象中产生的感应电动势。4. 应用：互感现象在电子和电子技术中应用很广，通过互感，线圈可以使能量或信号由一个线圈很方便的传递到另外一个线圈。生活中常见的变压器、收音机的磁性天线等就是利用互感现象制成的。
2.互感的影响因素与线圈的形状、大小、匝数、有无铁芯、相对位置等相关。
如图生活中常见的变压器，通过互感，线圈使能量由一个线圈很方便的传递到另外一个线圈。
把广播电台的信号从一个线圈传递到另一个线圈。
5.互感现象的防止互感现象不仅能发生在线圈之间，它可以发生在任何两个相互靠近的电路之间。
当两个线圈的距离增加时，互感现象的相互作用会快速减小，这就是课堂引入中声音大小变化的原因。
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。如果电路中互感现象太严重，电路将会烧毁。这时要设法减小电路间的互感。
二、自感现象1.自感：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。这种现象称为自感。2.自感电动势自感现象中产生的电动势叫自感电动势。3.自感电动势的作用： 阻碍导体中原来的电流变化。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。
演示实验：通电自感现象
1.实验器材规格相同的两个灯泡、线圈一个、可调电阻两个、直流电源、开关、导线。
2.实验步骤（1）如图所示的电路中，两个灯泡 A 1 和 A 2 的规格相同，A 1 与线圈 L 串联后接到电源上，A 2 与可调电阻 R 串联后接到电源上。
开关闭合时观察灯泡的发光情况
（2）先闭合开关 S，调节电阻 R，使两个灯泡的亮度相同，再调节可调电阻 R1 ，使它们都正常发光，然后断开开关 S。（3）重新接通电路。注意观察，在开关闭合的时候两个灯泡的发光情况。（4）拆去一部分铁芯，接通电路，注意观察，在开关闭合的时候两个灯泡的发光情况。（5）重新装上铁芯，增加线圈的匝数，注意观察，在开关闭合的时候两个灯泡的发光情况。
3.视频：通电自感现象
4.实验现象接通电源的瞬间，A2立刻正常发光；A1过一会儿才亮起来，最终与A2亮度相同。5.实验结论电流增大时，线圈的自感电动势
“阻碍”原电流的增大，方向与线圈中原电流方向相反，匝数越多，安装上铁芯自感现象越明显。
思考讨论：在上述实验中与线圈相连的灯泡为什么要过一会才亮？
感应电动势阻碍电流的增加
参考答案：在接通电路的瞬间，电路中的电流增大，穿过线圈L的磁通量也随着增大，因而线圈中必然会产生感应电动势，这个感应电动势阻碍线圈中电流的增大，所以通过A1的电流只能逐渐增大，灯泡A1只能逐渐亮起来。
演示实验：断电自感现象
1.实验器材一个灯泡、线圈一个、直流电源、开关、导线。
开关断开时观察灯泡的亮度
2.实验步骤（1）如图所示的电路中，A 与线圈 L 并联后接到电源上。
（2）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。（3）拆去一部分铁芯，接通电路，注意观察，在开关断开的时候两个灯泡的发光情况。（4）重新装上铁芯，注意观察，在开关断开的时候两个灯泡的发光情况。
3.视频：断电自感现象
4.实验现象S断开时，A 灯突然闪亮一下才熄灭。5.实验结论电流减小时，线圈的自感电动势
“阻碍”原电流的减小，方向与线圈中原电流方向相同，匝数越多，安装上铁芯自感现象越明显。
思考讨论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？
参考答案：通过线圈 L 的电流减小，线圈中会产生感应电动势，阻碍电流减小，使线圈 L 中的电流减小得更慢些。
思考讨论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？
参考答案：开关已经断开，线圈中电流开始减小，由于自感作用线圈中产生相同方向上的感应电流，L与灯泡A构成闭合回路，线圈L对A提供的感应电流将沿逆时针方向。
思考讨论3：开关断开后，通过灯泡的感应电流与原来通过它的电流方向是否一致？
参考答案：原来通过灯泡A的电流方向从左向右，开关断开后，通过灯泡的感应电流方向从右向左，所以通过灯泡的感应电流与原来通过它的电流方向相反。
思考讨论4：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？参考答案：有可能比原来的电流更大。若灯泡电阻大于线圈的内阻，则开关断开前灯泡电流小于线圈中的电流，开关断开后，通过灯泡的电流即为线圈的电流要大于灯泡原来的电流；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，电阻要小，有铁芯。
做一做：用电流传感器显示自感对电流的影响
1.按图甲连接电路，可以看到，开关闭合时电流是逐渐增大的。为了说明这一点，可以拆掉线圈如图乙再测一次，看看两次测得的电流—时间图像有什么不同。
注意：电流表的符号表示电流传感器。
第一次如图甲电流—时间图像，由于自感线圈L的阻碍作用，开关闭合时电流是逐渐增大的，最终达到最大值。第二次如图乙电流—时间图像，没有线圈的阻碍作用，开关闭合时，电流立刻达到最大值。
2.将线圈L与电阻R 并联后接到电池的两端，测量通过电阻R 的电流，观察开关断开前后通过电阻R 的电流方向和大小变化。
开关断开前通过R的电流方向由左向右，开关断开后，由于自感作用线圈中产生相同方向上的感应电流，通过R的电流方向与原电流方向相反。
三、自感系数1.自感电动势也是感应电动势，同样遵从法拉第电磁感应定律，
实验表明，磁场的强弱正比于电流的强弱，也就是说，磁通量的变化正比于电流的变化。因此，自感电动势正比于电流的变化率
L： 自感系数简称自感或电感2.单位：亨利 H，常用的单位还有毫亨（mH）、微亨（μH）。
3.不同的线圈，电感L大小不同。
线圈长度越长 、线圈越大、匝数越多，它的自感系数越大，给线圈中加入铁芯，自感系数比没有铁芯大得多。
四、磁场的能量思考1：在断电自感的实验中，开关断开后，灯泡的发光还能维持一小段时间，有时甚至会比开关断开之前更亮。你能从能量的角度加以解释吗？参考答案：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，线圈的作用相当于电源，把磁场中的能量转化成电能。
思考2：线圈能够体现电的“惯性”，应该怎样理解？参考答案：自感电动势有阻碍线圈中电流变化的性质。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”。
1. 关于线圈的自感系数、自感电动势的下列说法中正确的是（ ）A．线圈中电流变化越大，线圈自感系数越大B．对于某一线圈，自感电动势正比于电流的变化量C．一个线圈的电流均匀增大，这个线圈的自感系数、自感电动势都不变D．自感电动势总与原电流方向相反
2.某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁芯的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E，用导线将它们连接成如图所示的电路。检查电路后，闭合开关S，小灯泡发光；再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象。虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他冥思苦想找不出原因。你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是(　　)A．电源的内阻较大B．小灯泡电阻偏大C．线圈电阻偏大D．线圈的自感系数较大
3.如图所示的电路中， A1和A2 是两个相同的灯泡，线圈L自感系数足够大，电阻可以忽略不计。下列说法中正确的是（　）A．合上开关S时， A2先亮， A1后亮，最后一样亮B．合上开关 S时， A1和 A2同时亮C．断开开关S 时， A2 闪亮一下再熄灭D．断开开关S 时， 流过A2 的电流方向向右
4.图中的小灯泡A、B完全相同，带铁心的线圈自感系数很大、电阻忽略不计，则（　）A．S闭合瞬间，A灯不亮，B灯立即亮B．S闭合瞬间，B灯不亮，A灯立即亮C．S闭合瞬间，A、B灯同时亮，以后B灯更亮，A灯熄灭D．稳定后再断开S的瞬间，A、B灯立即熄灭
应用：通过互感能传递能量或信号
自感系数L：大小与线圈的大小、形状、圈数，以及是否有铁芯等因素有关。
一、互感现象1.互感现象的定义2.应用：利用互感现象可以把能量或信号从一个线圈传递到另一个线圈。例如：变压器、收音机的磁性天线等。3.互感现象也发生在任何两个相互靠近的电路之间。二、自感现象1.自感现象的定义2.通电自感和断电自感
三、自感系数1.自感电动势2.L是自感系数，其大小与线圈的大小、形状、圈数，以及是否有铁芯等因素有关。3.国际单位是亨利，简称亨，符号是H。四、磁场的能量