2.4 互感和自感 課件+素材 人教版高中物理選修二

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2.4 互感和自感
人教版高中物理選修二
目錄
兩個線圈A、B之間并沒有導(dǎo)線相連，線圈A與手機（或MP3等）的音頻輸出端連接，線圈B與擴音器的輸入端連接。把線圈A插入線圈B時就能在擴音器上聽見由手機輸出的聲音，這是為什么？
新知導(dǎo)入
1831年，法拉第把兩個線圈繞在一個鐵環(huán)上。
法拉第：歷經(jīng)10年，“癡”心不改，
他在1831年8月29日的日記中寫下了首次成功的記錄。
一個線圈接電源
另一個線圈接“電流表”
當給一個線圈通電或斷電的瞬間，在另一個線圈上出現(xiàn)了電流。
新知導(dǎo)入
1.定義：當一個線圈中電流變化時，在另一個線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象。
2.互感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，稱為互感電動勢。
新知探究
新知探究
收音機里的“磁性天線”
◎傳遞能量
◎傳遞信息
3.互感現(xiàn)象應(yīng)用：
變壓器
新知探究
無線充電技術(shù)原理
手機開始充電時，底座同時亮起了一圈呼吸燈，互感。
3.互感現(xiàn)象應(yīng)用：
新知探究
4、互感的危害與防止
影響因素：形狀、大小、匝數(shù)、有無鐵芯、相對位置等。
實際上互感現(xiàn)象不僅發(fā)生于繞在同一鐵芯上的兩個線圈之間，也可以發(fā)生在任何兩個相互靠近的電路之間。會影響電路的正常工作。
互感的防止電路板
新知探究
判斷正誤。(1)兩線圈相距較近時，可以產(chǎn)生互感現(xiàn)象；相距較遠時，不產(chǎn)生互感現(xiàn)象。( )(2)在實際生活中，有的互感現(xiàn)象是有害的，有的互感現(xiàn)象可以利用。 ( )(3)只有閉合的回路才能產(chǎn)生互感。 ( )(4)變壓器是利用互感現(xiàn)象制成的。 ( )

新知應(yīng)用
在無線電儀器中，常需要在距離較近處安裝兩個線圈，并要求當一個線圈中有電流變化時，對另一個線圈中的電流的影響盡量小。則圖中兩個線圈的相對安裝位置最符合該要求的是(　　)
【解析】互相垂直的線圈由于產(chǎn)生的磁場互相垂直，因而影響較小，D正確。
D
新知應(yīng)用
(多選)如圖所示，一電子以初速度v沿與金屬板平行的方向飛入M、N極板間，發(fā)現(xiàn)電子向M板偏轉(zhuǎn)，則可能是(　　)
A.開關(guān)S閉合瞬間B．開關(guān)S由閉合到斷開瞬間C．開關(guān)S是閉合的，變阻器滑片P向左迅速滑動D．開關(guān)S是閉合的，變阻器滑片P向右迅速滑動

【解析】開關(guān)S接通瞬間，根據(jù)安培定則，穿過線圈的磁通量向右增加，由楞次定律知在右側(cè)線圈中感應(yīng)電流的磁場方向向左，產(chǎn)生左正右負的電動勢，電子向M板偏轉(zhuǎn)，A正確；斷開開關(guān)S瞬間，穿過線圈的磁通量減少，由楞次定律知在右側(cè)線圈中產(chǎn)生左負右正的電動勢，電子向N板偏轉(zhuǎn)，B錯誤；接通S后，變阻器滑片向左迅速滑動，電阻減小，電流增大，穿過線圈的磁通量增加，由楞次定律知在右側(cè)線圈中產(chǎn)生左正右負的電動勢，電子向M板偏轉(zhuǎn)，C正確；接通S后，變阻器滑片向右迅速滑動，電阻增大，電流減小，穿過線圈的磁通量減少，由楞次定律知在右側(cè)線圈中感應(yīng)出左負右正的電動勢，電子向N板偏轉(zhuǎn)，D錯誤。
AC
新知應(yīng)用
　(多選)某同學(xué)設(shè)計的家庭電路保護裝置如圖所示，鐵芯左側(cè)線圈L1由火線和零線并行繞成，當右側(cè)線圈L2中產(chǎn)生電流時，電流經(jīng)放大器放大后，使電磁鐵吸起鐵質(zhì)開關(guān)K，從而切斷家庭電路。僅考慮L1在鐵芯中產(chǎn)生的磁場，下列說法正確的有(　　　)A.家庭電路正常工作時，L2中的磁通量為零B．家庭電路中使用的電器增多時，L2中的磁通量不變C．家庭電路發(fā)生短路時，開關(guān)K將被電磁鐵吸起D．地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時，開關(guān)K將被電磁鐵吸起

【解析】家庭電路正常工作時，零線和火線中的電流大小相等、方向始終相反，在L1中產(chǎn)生的磁場方向始終相反，磁場相互疊加，L1、L2中的磁通量為零，A項正確；家庭電路中使用的電器增多及電路發(fā)生短路時，零線和火線中的電流變大，但大小仍然相等，電流方向始終相反，L1、L2中的磁通量仍為零，不變，B項正確，C項錯誤；地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時，零線和火線中的電流大小不相等，L1中的磁通量不為零且發(fā)生變化，L2中的磁通量不為零且發(fā)生變化，線圈L2中產(chǎn)生感應(yīng)電流，此時開關(guān)K將被電磁鐵吸起，D項正確。
ABD
新知應(yīng)用
思考與討論：
S
電源
①當線圈中電流發(fā)生變化時，自身的回路中是否還有電磁感應(yīng)現(xiàn)象呢？
④如何解釋實驗現(xiàn)象？
②如何設(shè)計實驗電路？
③預(yù)測一下實驗現(xiàn)象？
新知探究
2.自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，稱為自感電動勢。
1.定義：由于線圈本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。
電感
分析：通過電感線圈　I　↑
?Φ　↑
?電動勢，阻礙Φ增加
E感
通電自感
現(xiàn)象：在閉合開關(guān)Ｓ瞬間，燈A2立刻正常發(fā)光，A1卻緩慢發(fā)光，比A2遲一會兒才正常發(fā)光。
新知探究
②預(yù)測一下實驗現(xiàn)象？
③如何改進實驗電路？
①線圈中電流增加時,會產(chǎn)生自感電動勢，那么線圈中電流減少時，又會怎么樣呢？
④如何解釋實驗現(xiàn)象？
思考與討論：
新知探究
思考：開關(guān)斷開后，通過燈泡的感應(yīng)電流是否有可能比原來的電流更大？為了使實驗的效果更明顯，對線圈L應(yīng)該有什么要求？
線圈L中的感應(yīng)電流要從穩(wěn)定時的值開始逐漸減小，所以線圈的直流電阻要小于燈泡的電阻。
實驗驗證：
斷電自感，
新知探究
通電自感：A2立刻就正常發(fā)光，A1逐漸變亮。
斷電自感：A1和A2緩慢熄滅
當IL>IA2則，A2就會閃亮一下再熄滅
當IL≤IA2則，A2就會緩慢的熄滅
斷電前線圈與燈泡串聯(lián)，則I感與I原同向。
通電自感：A燈立刻就正常發(fā)光，隨后緩慢變暗，甚至熄滅
斷電自感：A燈緩慢熄滅
當IL>IA則，燈泡就會閃亮一下再熄滅
當IL≤IA則，燈泡就會緩慢的熄滅
斷電前線圈與燈泡并聯(lián)，則I感與I原反向。
新知探究
用傳感器研究自感現(xiàn)象
數(shù)據(jù)采集感器
電流傳感器A
電流傳感器B
新知探究
用電流傳感器顯示自感對電流的影響：
開關(guān)閉合時電流是逐漸增大的
去掉電感線圈
開關(guān)閉合時電流是瞬間增大
用傳感器研究自感現(xiàn)象
新知探究
用電流傳感器顯示自感對電流的影響：
開關(guān)斷開前后通過電阻R的電流方向不同
用傳感器研究自感現(xiàn)象
新知探究
自感電動勢的大?。?br>自感系數(shù)
L　越大，E　越大，對電流阻礙越大
新知探究
描述線圈產(chǎn)生自感電動勢本領(lǐng)大小的物理量
2.決定因素
線圈的圈數(shù)
是否有鐵芯
線圈的大小
線圈的形狀
亨利（H）
1.物理意義:
3.單位：
甲 一條導(dǎo)線彎了幾匝的線圈乙 空芯線圈，丙 在鐵芯上繞了幾千匝的線圈，
甲
乙
丙
新知探究
約瑟夫·亨利 Henry Joseph 1797-1878
美國著名物理學(xué)家，1867年起，任美國科學(xué)院第一任院長;1829年制成了能提起一噸重鐵塊的電磁鐵；1830年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，比法拉第早一年；1832年發(fā)現(xiàn)了電流的自感現(xiàn)象；……
從來不申請專利 無償貢獻給社會
新知探究
◆名稱:
擦出電火花！
◆器材:
干電池一節(jié)、小線圈一只、導(dǎo)線若干。
◆要求:
①構(gòu)建電路，能看到電火花的閃現(xiàn)；
②能體會到輕微的電擊感。
◆電路:
體驗自感
新知探究
5.自感現(xiàn)象的防止
新知探究
4.自感現(xiàn)象的應(yīng)用
新知探究
5.自感現(xiàn)象的防止
油浸開關(guān)
雙線繞法
新知探究
　思考判斷 (1)自感現(xiàn)象中，感應(yīng)電流方向一定和原電流方向相反。( ) (2)線圈中產(chǎn)生的自感電動勢較大時，其自感系數(shù)一定較大。( ) (3)對于同一線圈，當電流變化較快時，線圈中的自感電動勢較大。( ) (4)一個線圈中的電流均勻增大，自感電動勢也均勻增大。( )
×
×
√
×
新知應(yīng)用
斷電自感：開關(guān)斷開后，燈泡的發(fā)光還能維持一小段時間，能量是從哪里來的？
自感
線圈
電流磁場
磁場能
1. 磁場能：儲存在磁場中的能量
2. 電的“慣性”
新知探究
判斷正誤。(1)有電流的線圈能量儲存在磁場中。 ( )(2)斷電自感中，燈泡的能量來源于磁場。 ( )(3)通電自感中，電源把能量輸送給磁場。 ( )(4)線圈的自感系數(shù)越大，自感現(xiàn)象越明顯，線圈能夠體現(xiàn)電的“慣性”。( )

新知應(yīng)用
　小宇為了研究自感現(xiàn)象，利用實驗室提供的實驗器材設(shè)計了如圖所示的電路，其中甲、乙為兩個完全相同的小燈泡，L為自感系數(shù)很大的線圈，且穩(wěn)定時的電阻與電路中定值電阻R的阻值相同。則下列說法正確的是(　　)A．開關(guān)閉合的瞬間，甲、乙兩燈同時變亮B．斷開開關(guān)的瞬間，甲燈立即熄滅，乙燈過一會兒后熄滅C．閉合開關(guān)，當電路穩(wěn)定時甲、乙兩燈的亮度相同D．斷開開關(guān)的瞬間，m點的電勢高于n點的電勢

【解析】開關(guān)閉合的瞬間，由于線圈中自感電動勢的阻礙，甲燈先亮，乙燈后亮，故A項錯誤。斷開開關(guān)的瞬間，線圈中產(chǎn)生自感電動勢，甲、乙兩燈串聯(lián)在一起構(gòu)成閉合回路，兩燈同時逐漸熄滅，故B項錯誤。閉合開關(guān)，當電路穩(wěn)定后，自感作用消失，又由于穩(wěn)定時線圈的電阻與電路中的定值電阻R的阻值相同，則穩(wěn)定時通過甲、乙兩燈的電流相等，兩燈亮度相同，故C項正確。斷開開關(guān)的瞬間，線圈中產(chǎn)生自感電動勢，線圈中的電流方向與斷開開關(guān)前相同，線圈的右端相當于電源的正極，與甲、乙兩燈泡和定值電阻構(gòu)成回路，n點的電勢高于m點的電勢，故D項錯誤。
C
新知應(yīng)用
課堂小結(jié)
１.(多選)如圖甲、乙所示的電路中，電阻R和自感線圈L的電阻值都很小，且小于燈A的電阻，接通S，使電路達到穩(wěn)定，燈泡A發(fā)光，則(　　)A.在電路甲中，斷開S，A將漸漸變暗B．在電路甲中，斷開S，A將先變得更亮，然后漸漸變暗C．在電路乙中，斷開S，A將漸漸變暗D．在電路乙中，斷開S，A將先變得更亮，然后漸漸變暗
【解析】在電路甲中，斷開S，由于線圈產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流變小，導(dǎo)致回路中的電流逐漸減小，A將逐漸變暗，故A正確，B錯誤；在電路乙中，由于電阻R和自感線圈L的電阻值都很小，所以通過燈泡的電流比線圈的電流小，斷開S時，由于線圈阻礙電流變小，于是原來通過線圈的電流通過燈泡形成新的回路，由于通過燈泡A的電流比原來的大，導(dǎo)致A將變得更亮一下，然后逐漸變暗，故C錯誤，D正確。
AD
新知鞏固
２．(多選)如圖所示，L是自感系數(shù)較大的線圈，其直流電阻可忽略不計，a、b、c是三個相同的小燈泡，下列說法正確的是(　　)A．開關(guān)S閉合時，b、c燈立即變亮，a燈逐漸變亮B．開關(guān)S閉合，電路穩(wěn)定后，b、c燈亮，a燈不亮C．開關(guān)S斷開時，b、c燈立即熄滅，a燈逐漸熄滅D．開關(guān)S斷開時，c燈立即熄滅，a、b燈逐漸熄滅

【解析】燈a與線圈L串聯(lián)，當開關(guān)S閉合時，燈b、c立即變亮。通過線圈L的電流增大，穿過線圈的磁通量增大，根據(jù)楞次定律，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與原來電流方向相反，阻礙電流的增大，電路的電流逐漸增大，a逐漸亮起來。由于線圈直流電阻忽略不計，當電流逐漸穩(wěn)定時，線圈不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，a、b兩燈電流相等，亮度相同，故A正確、B錯誤；穩(wěn)定后，當開關(guān)S斷開時，由于自感，線圈中的電流只能慢慢減小，其相當于電源，與燈泡a、b構(gòu)成閉合回路，a、b兩燈都逐漸熄滅，而c燈立即熄滅，故C錯誤、D正確。
AD
新知鞏固
３.如圖所示，將兩端刮掉絕緣漆的導(dǎo)線繞在一把銼刀上，一端接上電池(電池另一極與銼刀接觸)，手執(zhí)導(dǎo)線的另一端，在銼刀上來回滑動，由于銼刀表面凹凸不平，就會產(chǎn)生電火花。下列說法正確的是(　　)A.火花是由于摩擦生熱引起的B．如導(dǎo)線端只向一個方向滑動也能產(chǎn)生電火花C．要產(chǎn)生電火花，銼刀必須由鐵磁性材料做成D．事實上，導(dǎo)線另一端只要保持與銼刀良好接觸而不滑動，也會產(chǎn)生電火花
【解析】由圖可知，產(chǎn)生電火花的回路由導(dǎo)線、銼刀與電池組成，手執(zhí)導(dǎo)線的另一端，在銼刀上來回滑動時產(chǎn)生的電火花，是由于電路時通時斷，在回路中產(chǎn)生自感電動勢產(chǎn)生的，與導(dǎo)線運動的方向無關(guān)，如導(dǎo)線端只向一個方向滑動也能產(chǎn)生電火花，故A錯誤，B正確；根據(jù)原理可知，只要銼刀是導(dǎo)體，則實驗均能完成，故C錯誤；如果導(dǎo)線另一端保持與銼刀良好接觸而不滑動，就不會產(chǎn)生自感電動勢，從而不會產(chǎn)生電火花，選項D錯誤。
B
新知鞏固
４．(多選)如圖所示的電路中，電感線圈L的自感系數(shù)很大，電阻可忽略，D為理想二極管，則下列說法正確的有(　　)A．當S閉合時，L1立即變亮，L2逐漸變亮B．當S閉合時，L1一直不亮，L2逐漸變亮C．當S斷開時，L2立即熄滅D．當S斷開時，L1突然變亮，然后逐漸變暗至熄滅

【解析】當S閉合時，因二極管加上了反向電壓，故二極管截止，L1一直不亮；通過線圈的電流增加，感應(yīng)電動勢阻礙電流增加，故使得L2逐漸變亮，選項B正確，A錯誤；當S斷開時，由于線圈自感電動勢阻礙電流的減小，故通過L2的電流要在L2—L1—D—L之中形成新的回路，故L1突然變亮，然后逐漸變暗至熄滅，L2逐漸變暗至熄滅，選項C錯誤，D正確。
BD
新知鞏固
某興趣小組探究斷電自感現(xiàn)象的電路如圖所示。閉合開關(guān)S，待電路穩(wěn)定后，通過電阻R的電流為I1，通過電感L的電流為I2。t1時刻斷開開關(guān)S，下列圖像中能正確描述通過電阻R的電流IR和通過電感L的電流IL的是 (　　)
【解析】S斷開后，電感線圈與R構(gòu)成回路，R中的電流反向，大小與線圈L中的電流相等，并逐漸減小，故A正確，B錯誤；斷開S后，R與線圈串聯(lián)，流過線圈的電流減小，電感線圈產(chǎn)生與原電流方向相同的感應(yīng)電動勢，且電動勢慢慢變小，則線圈中電流方向不變，大小逐漸變小，而且變小得越來越慢，而R中的電流反向，故C、D錯誤。
A
新知鞏固
（1）為使通電自感實驗的效果更明顯（能比較明顯地看到燈有一個逐漸變亮的過程），你有什么可行的方法？（2）為使斷電自感實驗的效果更明顯（能比較明顯地看到燈的熄滅有一個延時過程，甚至出現(xiàn)閃亮），你有什么可行的方法？（3）如何設(shè)計電路來測量線圈的自感系數(shù)和探究自感系數(shù)的決定因素？（4）互感與自感都是常見的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，請大家課后自學(xué)教材里的相關(guān)內(nèi)容，或查閱相關(guān)資料:了解其能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系以及它們在實際生活與生產(chǎn)中的應(yīng)用和防止。
課后思考與討論：
課后作業(yè)
課程結(jié)束
人教版高中物理選修二