2019_2020版高中物理第四章電磁感應(yīng)6互感和自感教案新人教版.docx

6互感和自感學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求物理觀念：1.了解互感和自感現(xiàn)象.2.了解自感電動勢的表達式EL，知道自感系數(shù)的決定因素.3.了解自感現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化.科學(xué)探究：通過觀察通電自感和斷電自感時燈泡亮度的變化，認識自感現(xiàn)象.科學(xué)思維：體會互感和自感現(xiàn)象產(chǎn)生的機理，能運用電磁感應(yīng)規(guī)律分析解釋.一、互感現(xiàn)象1.互感和互感電動勢：兩個相互靠近的線圈，當(dāng)一個線圈中的電流變化時，它所產(chǎn)生的變化的磁場會在另一個線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這種現(xiàn)象叫互感，這種感應(yīng)電動勢叫做互感電動勢.2.應(yīng)用：利用互感現(xiàn)象可以把能量由一個線圈傳遞到另一個線圈，如變壓器就是利用互感現(xiàn)象制成的.3.危害：互感現(xiàn)象能發(fā)生在任何兩個相互靠近的電路之間.在電力工程和電子電路中，互感現(xiàn)象有時會影響電路的正常工作.二、自感現(xiàn)象當(dāng)一個線圈中的電流變化時，它產(chǎn)生的變化的磁場不僅在鄰近的電路中激發(fā)出感應(yīng)電動勢，同樣也在它本身激發(fā)出感應(yīng)電動勢，這種現(xiàn)象稱為自感.由于自感而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫做自感電動勢.三、自感電動勢與自感系數(shù)1.自感電動勢：EL，其中是電流的變化率；L是自感系數(shù)，簡稱自感或電感.單位：亨利，符號：H.2.自感系數(shù)與線圈的大小、形狀、圈數(shù)，以及是否有鐵芯等因素有關(guān).四、自感現(xiàn)象中磁場的能量1.線圈中電流從無到有時，磁場從無到有，電源把能量輸送給磁場，儲存在磁場中.2.線圈中電流減小時，磁場中的能量釋放出來轉(zhuǎn)化為電能.1.判斷下列說法的正誤.(1)兩個線圈相距較近時，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)自感現(xiàn)象中，感應(yīng)電流一定與原電流方向相反.()(3)線圈的自感系數(shù)與電流大小無關(guān)，與電流的變化率有關(guān).()(4)線圈中電流最大的瞬間可能沒有自感電動勢.()2.如圖1所示，電路中電源內(nèi)阻不能忽略，L的自感系數(shù)很大，其直流電阻忽略不計，A、B為兩個完全相同的燈泡，當(dāng)S閉合時，A燈_變亮，B燈_變亮.當(dāng)S斷開時，A燈_熄滅，B燈_熄滅.(選填“立即”或“緩慢”)圖1答案緩慢立即緩慢緩慢一、互感現(xiàn)象1.當(dāng)一個線圈中的電流變化時，它產(chǎn)生的磁場就發(fā)生變化，變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生感生電場，在感生電場的作用下，另一個線圈中的自由電荷定向運動，于是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢.2.一個線圈中電流變化越快(電流的變化率越大)，另一個線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大.例1(多選)(2018惠州市第一次調(diào)研)目前無線電力傳輸已經(jīng)比較成熟，如圖2所示為一種非接觸式電源供應(yīng)系統(tǒng).這種系統(tǒng)基于電磁感應(yīng)原理可無線傳輸電力，兩個感應(yīng)線圈可以放置在左右相鄰或上下相對的位置，原理示意圖如圖所示.利用這一原理，可以實現(xiàn)對手機進行無線充電.下列說法正確的是()圖2A.若A線圈中輸入電流，B線圈中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢B.只有A線圈中輸入變化的電流，B線圈中才會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢C.A中電流越大，B中感應(yīng)電動勢越大D.A中電流變化越快，B中感應(yīng)電動勢越大答案BD解析根據(jù)感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件，若A線圈中輸入恒定的電流，則A產(chǎn)生恒定的磁場，B中的磁通量不發(fā)生變化，B線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，故A錯誤；若A線圈中輸入變化的電流，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律En可得，B線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，故B正確；A線圈中電流變化越快，A線圈中電流產(chǎn)生的磁場變化越快，B線圈中感應(yīng)電動勢越大，故C錯誤，D正確.二、通電自感現(xiàn)象1.認識通電時的自感現(xiàn)象如圖3所示，先閉合S，調(diào)節(jié)R2使A1、A2的亮度相同，再調(diào)節(jié)R1，使A1、A2都正常發(fā)光，然后斷開S.再次閉合S.圖3現(xiàn)象：燈泡A2立即發(fā)光，燈泡A1逐漸亮起來.原因：電路接通時，電流由零開始增加，穿過線圈L的磁通量逐漸增加，為了阻礙磁通量的增加，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通量與原來電流產(chǎn)生的磁通量方向相反，則線圈中感應(yīng)電動勢的方向與原來的電流方向相反，阻礙了L中電流的增加，即推遲了電流達到穩(wěn)定值的時間.2.對通電自感的理解(1)通電瞬間自感線圈處相當(dāng)于斷路.(2)當(dāng)線圈中的電流增大時，自感電動勢的方向與原電流的方向相反，阻礙電流的增大，使電流從零逐漸增大到穩(wěn)定值，但不能阻止電流的增大.(3)電流穩(wěn)定時自感線圈相當(dāng)于導(dǎo)體(若直流電阻為零，相當(dāng)于導(dǎo)線).例2如圖4所示，電路中電源的內(nèi)阻不能忽略，電阻R的阻值和線圈L的自感系數(shù)都很大，A、B為兩個完全相同的燈泡，當(dāng)S閉合時，下列說法正確的是(線圈L的直流電阻較小)()圖4A.A比B先亮，然后A滅B.B比A先亮，然后B逐漸變暗C.A、B一起亮，然后A滅D.A、B一起亮，然后B滅答案B解析S閉合時，由于與A燈串聯(lián)的線圈L的自感系數(shù)很大，故在線圈上產(chǎn)生很大的自感電動勢，阻礙電流的增大，所以B比A先亮，穩(wěn)定后，流過B燈支路的電流變小，所以B燈逐漸變暗，故B正確.三、斷電自感現(xiàn)象1.認識斷電時的自感現(xiàn)象如圖5所示，L為自感系數(shù)較大的線圈，其直流電阻比燈泡的電阻小，先閉合開關(guān)使燈泡發(fā)光，然后斷開開關(guān).圖5現(xiàn)象：燈泡A閃亮一下再熄滅解釋：在開關(guān)斷開后燈泡閃亮一下的原因是燈泡斷電后自感線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流比開關(guān)斷開前流過燈泡的電流大.要想使燈泡閃亮一下再熄滅，就必須使自感線圈的電阻小于與之并聯(lián)的燈泡的電阻.而當(dāng)線圈電阻大于或等于燈泡的電阻時，燈泡就會緩慢變暗直至熄滅.2.對斷電自感的理解(1)當(dāng)線圈中的電流減小時，自感電動勢的方向與原電流方向相同；(2)斷電自感中，由于自感電動勢的作用，線圈中電流從原值逐漸減小.若斷開開關(guān)瞬間通過燈泡的電流大于斷開開關(guān)前的電流，燈泡會閃亮一下；若斷開開關(guān)瞬間通過燈泡的電流小于或等于斷開開關(guān)前的電流，燈泡不會閃亮一下，而是逐漸變暗直至熄滅.(3)自感電動勢總是阻礙線圈中電流的變化，但不能阻止線圈中電流的變化.例3如圖6所示，開關(guān)S處于閉合狀態(tài)，小燈泡A和B均正常發(fā)光，小燈泡A的電阻大于線圈L的電阻，現(xiàn)斷開開關(guān)S，以下說法正確的是()圖6A.小燈泡A越來越暗，直到熄滅B.小燈泡B越來越暗，直到熄滅C.線圈L中的電流會立即消失D.線圈L中的電流過一會再消失，且方向向右答案D解析S斷開瞬間，B立即熄滅.由于小燈泡A的電阻大于線圈L的電阻，所以S斷開前線圈的電流大于小燈泡A中的電流.S斷開瞬間，線圈中的電流由原電流逐漸減小，導(dǎo)致線圈中出現(xiàn)感應(yīng)電動勢從而阻礙電流的減小，即線圈L中的電流過一會再消失，且方向向右，因L和A組成新的回路，電流由原線圈中的電流逐漸減小，所以A先亮一下，然后慢慢熄滅，故D正確.學(xué)科素養(yǎng)通過例2和例3，進一步加深對通電自感現(xiàn)象和斷電自感現(xiàn)象的理解，知道通電、斷電瞬間，自感線圈中的電動勢阻礙原電流的變化，但阻止不了原電流的變化，且原電流不能發(fā)生突變.運用電磁感應(yīng)知識解釋自感現(xiàn)象，這很好地體現(xiàn)了“科學(xué)思維”的學(xué)科素養(yǎng).四、自感現(xiàn)象中的圖象問題例4如圖7所示的電路中，開關(guān)S閉合且穩(wěn)定后流過電感線圈的電流是2 A，流過燈泡的電流是1 A，現(xiàn)將開關(guān)S突然斷開，開關(guān)S斷開前后，能正確反映流過燈泡的電流i隨時間t變化關(guān)系的圖象是()圖7答案D解析開關(guān)S斷開前，通過燈泡D的電流是穩(wěn)定的，其值為1 A.開關(guān)S斷開瞬間，自感線圈的支路由于自感現(xiàn)象會產(chǎn)生與線圈中原電流方向相同的自感電動勢，使線圈中的電流從原來的2 A逐漸減小，方向不變，且與燈泡D構(gòu)成回路，通過燈泡D的電流和線圈L中的電流相同，也應(yīng)該是從2 A逐漸減小到零，但是方向與原來通過燈泡D的電流方向相反，D對.提示要注意斷電前后，無線圈的支路電流方向是否變化.1.(對自感電動勢的理解)關(guān)于線圈中自感電動勢的大小，下列說法中正確的是()A.電感一定時，電流變化越大，自感電動勢越大B.電感一定時，電流變化越快，自感電動勢越大C.通過線圈的電流為零的瞬間，自感電動勢為零D.通過線圈的電流為最大值的瞬間，自感電動勢最大答案B解析電感一定時，電流變化越快，越大，由EL知，自感電動勢越大，A錯，B對；線圈中電流為零時，電流的變化率不一定為零，自感電動勢不一定為零，故C錯；當(dāng)通過線圈的電流最大時，若電流的變化率為零，自感電動勢為零，故D錯.2.(對互感現(xiàn)象的理解)(多選)如圖8所示，是一種延時裝置的原理圖，當(dāng)S1閉合時，電磁鐵F將銜鐵D吸下，C線路接通；當(dāng)S1斷開時，由于電磁感應(yīng)作用，D將延遲一段時間才被釋放.則 ()圖8A.由于A線圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時釋放D的作用B.由于B線圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時釋放D的作用C.如果斷開B線圈的開關(guān)S2，無延時作用D.如果斷開B線圈的開關(guān)S2，延時將變化答案BC解析線圈A中的磁場隨開關(guān)S1的閉合而產(chǎn)生，隨S1的斷開而消失.當(dāng)S1閉合時，線圈A中的磁場穿過線圈B，當(dāng)S2閉合，S1斷開時，線圈A在線圈B中的磁場變?nèi)酰€圈B中有感應(yīng)電流，能夠繼續(xù)吸引D而起到延時的作用，所以B正確，A錯誤；若S2斷開，線圈B中不產(chǎn)生感應(yīng)電流而起不到延時作用，所以C正確，D錯誤.3.(對自感現(xiàn)象的理解)(多選)如圖9所示電路，自感線圈L的自感系數(shù)足夠大，其直流電阻忽略不計，LA、LB是兩個相同的燈泡，則()圖9A.S閉合瞬間，LA不亮，LB很亮B.S閉合瞬間，LA、LB同時亮，然后LA逐漸變暗到熄滅，LB變得更亮C.S斷開瞬間，LA閃亮一下才熄滅，LB立即熄滅D.S斷開瞬間，LA、LB立即熄滅答案BC4.(自感現(xiàn)象的圖象問題)在如圖10所示的電路中，L是一個自感系數(shù)很大、直流電阻不計的線圈，D1、D2和D3是三個完全相同的燈泡，E是內(nèi)阻不計的電源.在t0時刻，閉合開關(guān)S，電路穩(wěn)定后在t1時刻斷開開關(guān)S.規(guī)定以電路穩(wěn)定時流過D1、D2的電流方向為正方向，分別用I1、I2表示流過D1和D2的電流，則下列圖象中能定性描述電流I隨時間t變化關(guān)系的是()圖10答案C解析當(dāng)閉合開關(guān)時，因為線圈與D1串聯(lián)，所以流過D1的電流I1會慢慢增大，流過D2的電流I2為穩(wěn)定值，且電路穩(wěn)定時I2I1.當(dāng)開關(guān)斷開時，因為線圈阻礙電流I1的減小，所以通過D1的電流不會立即消失，會從原來的大小慢慢減小，由于L、D1、D2和D3構(gòu)成回路，通過D1的電流也流過D2，所以I2變成反向立即增大，之后逐漸減小，故C正確，A、B、D錯誤.一、選擇題考點一互感現(xiàn)象的理解與應(yīng)用1.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(dāng)一個線圈中電流有變化時，對另一個線圈中電流的影響盡量小.如圖所示兩個線圈的相對安裝位置最符合該要求的是()答案D2.(2018廈門外國語學(xué)校期末)1831年法拉第把兩個線圈繞在一個鐵環(huán)上，A線圈與電源、滑動變阻器R組成一個回路，B線圈與開關(guān)S、電流表G組成另一個回路，如圖1所示.通過多次實驗，法拉第終于總結(jié)出產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件.關(guān)于該實驗，下列說法正確的是()圖1A.閉合開關(guān)S的瞬間，電流表G中有ab的感應(yīng)電流B.閉合開關(guān)S的瞬間，電流表G中有ba的感應(yīng)電流C.閉合開關(guān)S后，在增大滑動變阻器R的過程中，電流表G中有ab的感應(yīng)電流D.閉合開關(guān)S后，在增大滑動變阻器R的過程中，電流表G中有ba的感應(yīng)電流答案D解析閉合開關(guān)S的瞬間，通過B線圈的磁通量不發(fā)生變化，B線圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，選項A、B錯誤；在增大滑動變阻器R的過程中，A線圈中通過的是逐漸減弱的電流，即線圈B處于逐漸減弱的磁場中，由安培定則和楞次定律可判斷，電流表中的感應(yīng)電流方向為ba，故選項C錯誤，選項D正確.3.如圖2所示，繞在鐵芯上的線圈M與電源、滑動變阻器和開關(guān)組成了一個閉合回路，在鐵芯的右端，線圈P與電流表連成閉合電路.下列說法正確的是()圖2A.開關(guān)S閉合，電路穩(wěn)定后，線圈P中有感應(yīng)電流，線圈M、P相互排斥B.開關(guān)S閉合，電路穩(wěn)定后，使變阻器滑片向左勻速移動，線圈P中有感應(yīng)電流，線圈M、P相互排斥C.開關(guān)S閉合，電路穩(wěn)定后，使變阻器滑片向右勻速移動，線圈P中有感應(yīng)電流，線圈M、P相互排斥D.開關(guān)S閉合瞬間，線圈P中有感應(yīng)電流，線圈M、P相互吸引答案B解析開關(guān)S閉合，電路穩(wěn)定后，線圈M中的電流不變，由安培定則可知，產(chǎn)生的磁場方向沿鐵芯軸線向右，線圈P中的磁通量不變，故不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，M、P沒有排斥作用，也沒有吸引作用，故A錯誤；當(dāng)開關(guān)S閉合，電路穩(wěn)定后，滑片向左勻速移動，線圈M中的電流增大，因而穿過線圈P的磁通量增加，線圈P中產(chǎn)生感應(yīng)電流，并且由楞次定律知，感應(yīng)電流的磁場方向與線圈M的磁場方向相反，故M、P兩線圈相互排斥，B正確；同理可知C錯誤；開關(guān)S閉合瞬間，線圈P中有感應(yīng)電流，M、P相互排斥，所以D錯誤.考點二自感現(xiàn)象的分析4.如圖3所示，L為一純自感線圈(即電阻為零).LA是一個燈泡，下列說法中正確的是()圖3A.開關(guān)S閉合瞬間，無電流通過燈泡B.開關(guān)S閉合后，電路穩(wěn)定時，無電流通過燈泡C.開關(guān)S斷開瞬間，無電流通過燈泡D.開關(guān)S閉合瞬間及穩(wěn)定時，燈泡中均有從a到b的電流，而在開關(guān)S斷開瞬間，燈泡中有從b到a的電流答案B解析開關(guān)S閉合瞬間，燈泡中的電流從a到b，線圈由于自感作用，通過它的電流將逐漸增加.開關(guān)S閉合后，電路穩(wěn)定時，純自感線圈對電流無阻礙作用，將燈泡短路，燈泡中無電流通過.開關(guān)S斷開瞬間，由于線圈的自感作用，線圈中原有的向右的電流將逐漸減小，線圈和燈泡形成回路，故燈泡中有從b到a的電流，故B正確.5.如圖4所示的電路中，A1和A2是兩個相同的小燈泡，L是一個自感系數(shù)相當(dāng)大的線圈，其阻值與R相同.在開關(guān)S接通和斷開時，燈泡A1和A2亮暗的順序是()圖4A.接通時A1先達最亮，斷開時A1后滅B.接通時A2先達最亮，斷開時A1后滅C.接通時A1先達最亮，斷開時A2后滅D.接通時A2先達最亮，斷開時A2后滅答案A解析當(dāng)開關(guān)S接通時，A1和A2同時亮，但由于自感現(xiàn)象的存在，流過線圈的電流由零變大時，線圈上產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流的增大，使通過線圈的電流從零開始慢慢增加，所以開始時電流幾乎全部從A1通過，而該電流又將同時分路通過A2和R，所以A1先達最亮，經(jīng)過一段時間電路穩(wěn)定后，A1和A2達到一樣亮；當(dāng)開關(guān)S斷開時，A2立即熄滅，而對A1，由于通過線圈的電流突然減小，線圈中產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流的減小，使線圈L和A1組成的閉合電路中有感應(yīng)電流，所以A1后滅.6.(多選)(2018宿遷市高二上學(xué)期期末)如圖5所示，A、B是兩個完全相同的小燈泡，L是電阻不計、自感系數(shù)很大的線圈.下列說法正確的有()圖5A.閉合S1，再閉合S2，A燈將變暗B.閉合S1，再閉合S2，B燈將變暗直至熄滅C.閉合S1、S2穩(wěn)定后，再斷開S1，A燈將立即熄滅D.閉合S1、S2穩(wěn)定后，再斷開S1，B燈先亮一下然后變暗直至熄滅答案BCD7.(2018如東中學(xué)高二階段性測試)如圖6所示，電源電動勢為E，其內(nèi)阻不可忽略，L1、L2是完全相同的燈泡，線圈L的直流電阻不計，電容器的電容為C，合上開關(guān)S，電路穩(wěn)定后()圖6A.電容器的帶電荷量為CEB.燈泡L1、L2的亮度相同C.在斷開S的瞬間，通過燈泡L1的電流方向向右D.在斷開S的瞬間，燈泡L2立即熄滅答案C解析合上開關(guān)S，電路穩(wěn)定后，L1被短路，L1燈不亮，L2燈發(fā)光，B錯；由于電源有內(nèi)阻，電容器兩端電壓UE，則電容器所帶電荷量QIA，則能觀察到小燈泡閃亮一下再熄滅，線圈的自感系數(shù)越大，小燈泡延時閃亮的時間就越長.可見燈泡未閃亮的根本原因是不滿足ILIA的條件，這是線圈電阻偏大造成的.故C正確.考點三自感現(xiàn)象中的圖象問題12.(多選)如圖11所示，用電流傳感器研究自感現(xiàn)象.電源內(nèi)阻不可忽略，線圈的自感系數(shù)較大，其直流電阻小于電阻R的阻值.t0時刻閉合開關(guān)S，電路穩(wěn)定后，t1時刻斷開S，電流傳感器連接計算機分別描繪了整個過程線圈中的電流IL和電阻中的電流IR隨時間t變化的圖象.下列圖象中可能正確的是()圖11答案AD13.(多選)(2018玉溪市峨山一中高三月考)圖12(a)是用電流傳感器(相當(dāng)于電流表，其電阻可以忽略不計)研究自感現(xiàn)象的實驗電路，圖中兩個電阻的阻值均為R，L是一個自感系數(shù)足夠大的自感線圈，其直流電阻值也為R.圖(b)是某同學(xué)畫出的在t0時刻開關(guān)S切換前后，通過傳感器的電流隨時間變化的圖象.關(guān)于這些圖象，下列說法中正確