高中物理人教版2第四章電磁感應(yīng)6互感和自感 2023版第4章6互感和自感

6互感和自感學(xué)習(xí)目標(biāo)知識脈絡(luò)1.了解互感現(xiàn)象及互感現(xiàn)象的應(yīng)用．(重點(diǎn))2．了解自感現(xiàn)象，認(rèn)識自感電動勢對電路中電流的影響．(難點(diǎn))3．了解自感系數(shù)的意義和決定因素．(重點(diǎn))4．知道磁場具有能量．(難點(diǎn))互感現(xiàn)象和自感現(xiàn)象eq\o([先填空])1．互感現(xiàn)象(1)定義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)電動勢的現(xiàn)象．產(chǎn)生的電動勢叫做互感電動勢．(2)應(yīng)用互感現(xiàn)象可以把能量由一個線圈傳遞到另一個線圈，變壓器、收音機(jī)的“磁性天線”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，在電力工程中和電子電路中，有時會影響電路正常工作．2．自感現(xiàn)象(1)定義當(dāng)一個線圈中的電流變化時，它所產(chǎn)生的變化的磁場在它本身激發(fā)出感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象．產(chǎn)生的電動勢叫作自感電動勢．(2)通電自感和斷電自感電路現(xiàn)象自感電動勢的作用通電自感接通電源的瞬間，燈泡A1較慢地亮起來阻礙電流的增加斷電自感斷開開關(guān)的瞬間，燈泡A逐漸變暗阻礙電流的減小eq\o([再判斷])1．互感現(xiàn)象只能發(fā)生于繞在同一鐵芯的兩個線圈之間，而不可能產(chǎn)生于相互靠近的電路之間．(×)2．互感現(xiàn)象和自感現(xiàn)象均屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象．(√)3．自感現(xiàn)象中感應(yīng)電流的方向一定與引起自感的原電流的方向相反．(×)eq\o([后思考])自感電動勢的作用是什么？方向如何判斷？【提示】作用：總是阻礙導(dǎo)體中原電流的變化．方向：當(dāng)原電流增大時，自感電動勢與原電流方向相反；當(dāng)原電流減小時，自感電動勢與原電流方向相同．eq\o([合作探討])如圖4-6-1為互感線圈．圖4-6-1探討1：互感現(xiàn)象中能量是怎樣轉(zhuǎn)化的？【提示】互感現(xiàn)象中能量是依靠原線圈電流產(chǎn)生的磁場能，磁場能通過鐵芯傳遞到另一線圈，又轉(zhuǎn)化為電能．探討2：電感線圈在電路中的作用是什么？【提示】阻礙電流的變化．探討3：自感電動勢怎樣產(chǎn)生？如何確定其方向？【提示】通過線圈的電流發(fā)生變化時，導(dǎo)致穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生了自感電動勢；其方向根據(jù)原電流的變化進(jìn)行判斷．eq\o([核心點(diǎn)擊])1．對互感現(xiàn)象的理解(1)互感現(xiàn)象是一種常見的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，它不僅發(fā)生于繞在同一鐵芯上的兩個線圈之間，而且可以發(fā)生于任何相互靠近的電路之間．(2)互感現(xiàn)象可以把能量由一個電路傳到另一個電路．變壓器就是利用互感現(xiàn)象制成的．(3)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，這時要求設(shè)法減小電路間的互感．2．對自感現(xiàn)象的理解(1)對自感電動勢的理解①產(chǎn)生原因通過線圈的電流發(fā)生變化，導(dǎo)致穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，因而在原線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢．②自感電動勢的方向當(dāng)原電流增大時，自感電動勢的方向與原電流方向相反；當(dāng)原電流減小時，自感電動勢的方向與原電流方向相同(即：增反減同)．③自感電動勢的作用阻礙原電流的變化，而不是阻止，原電流仍在變化，只是使原電流的變化時間變長，即總是起著推遲電流變化的作用．(2)對電感線圈阻礙作用的理解①若電路中的電流正在改變，電感線圈會產(chǎn)生自感電動勢阻礙電路中電流的變化，使得通過電感線圈的電流不能突變．②若電路中的電流是穩(wěn)定的，電感線圈相當(dāng)于一段導(dǎo)線，其阻礙作用是由繞制線圈的導(dǎo)線的電阻引起的．3．自感現(xiàn)象中，燈泡亮度變化的問題分析通斷電時，燈泡亮度變化問題，關(guān)鍵要搞清楚電路的連接情況，根據(jù)電路特點(diǎn)進(jìn)行具體分析．與線圈串聯(lián)的燈泡與線圈并聯(lián)的燈泡電路圖通電時電流逐漸增大，燈泡逐漸變亮電流I1突然變大，然后逐漸減小達(dá)到穩(wěn)定斷電時電流逐漸減小燈泡逐漸變暗電流方向不變電路中穩(wěn)態(tài)電流為I1、I2①若I2≤I1，燈泡逐漸變暗②若I2>I1，燈泡閃亮一下后逐漸變暗，兩種情況燈泡電流方向均改變1．(多選)如圖4-6-2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()【導(dǎo)學(xué)號：05002052】圖4-6-2A．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【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)?，線圈B中有感應(yīng)電流，B中電流的磁場繼續(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．【答案】BC2．(多選)如圖4-6-3所示的電路中，線圈自身的電阻幾乎為零．LA、LB是兩個相同的燈泡，下列說法中正確的是()圖4-6-3A．開關(guān)S由斷開變?yōu)殚]合，LA、LB同時發(fā)光，之后亮度不變B．開關(guān)S由斷開變?yōu)殚]合，LA立即發(fā)光，之后又逐漸熄滅C．開關(guān)S由閉合變?yōu)閿嚅_的瞬間，LA、LB同時熄滅D．開關(guān)S由閉合變?yōu)閿嚅_的瞬間，LA再次發(fā)光，之后又逐漸熄滅【解析】S閉合的瞬間，通過L的電流從無到有發(fā)生變化，從而產(chǎn)生阻礙作用，LA有電流通過而發(fā)光；電流穩(wěn)定通后過L的電流恒定無阻礙作用，LA被L短路兩端無電壓而熄滅，所以A錯誤，B正確；開關(guān)S斷開的瞬間，通過L的電流減小而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢(或說阻礙電流的減小)從而有電流通過LA再次發(fā)光，故C錯，D正確．【答案】BD3．在生產(chǎn)實(shí)際中，有些高壓直流電路中含有自感系數(shù)很大的線圈，當(dāng)電路中的開關(guān)S由閉合到斷開時，線圈會產(chǎn)生很大的自感電動勢，使開關(guān)S處產(chǎn)生電弧，危及操作人員的人身安全．為了避免電弧的產(chǎn)生，可在線圈處并聯(lián)一個元件，在下列設(shè)計(jì)的方案中(如圖所示)可行的是()【導(dǎo)學(xué)號：05002053】【解析】斷開開關(guān)S，A圖中由于電容器被充電，開關(guān)S處仍將產(chǎn)生電??；B、C圖中閉合開關(guān)時，電路發(fā)生短路；而D圖是利用二極管的單向?qū)щ娦允归_關(guān)斷開時線圈短路可避免開關(guān)處電弧的產(chǎn)生，故D正確．【答案】D自感現(xiàn)象問題的分析思路1．明確通過自感線圈的電流的變化情況(是增大還是減小)．2．根據(jù)“增反減同”，判斷自感電動勢的方向．3．分析阻礙的結(jié)果：當(dāng)電流增強(qiáng)時，由于自感電動勢的作用，線圈中的電流逐漸增大，與線圈串聯(lián)的元件中的電流也逐漸增大；當(dāng)電流減小時，由于自感電動勢的作用，線圈中的電流逐漸減小，與線圈串聯(lián)的元件中的電流也逐漸減?。愿邢禂?shù)、磁場的能量eq\o([先填空])1．自感系數(shù)(1)自感電動勢的大小E＝Leq\f(ΔI,Δt)，其中L是自感系數(shù)，簡稱自感或電感．單位：亨利，符號：H.(2)決定線圈自感系數(shù)大小的因素線圈的大小、形狀、圈數(shù)，以及是否有鐵芯等．2．磁場的能量(1)線圈中電流從無到有時，磁場從無到有，電源的能量輸送給線圈，儲存在磁場中．(2)線圈中電流減小時，線圈中的能量釋放出來轉(zhuǎn)化為電能．eq\o([再判斷])1．線圈的自感系數(shù)大，其電阻不一定大．(√)2．在斷開電路時，與線圈并聯(lián)的燈泡會亮一下后再逐漸熄滅，說明能量不再守恒了．(×)3．自感系數(shù)越大，自感電動勢不一定越大．(√)eq\o([后思考])在演示斷電自感時，開關(guān)斷開后小燈泡并不立即熄滅，這一現(xiàn)象是否違背了能量守恒定律？小燈泡消耗的電能是從何處獲得的？【提示】線圈中有電流時，線圈就具有了磁場能，斷開開關(guān)后，線圈相當(dāng)于電源，線圈中所儲存的磁場能轉(zhuǎn)化為電能，給燈泡提供能量，這一現(xiàn)象并不違背能量守恒定律．eq\o([合作探討])如圖4-6-4所示，一個燈泡A與一個線圈L并聯(lián)，接一電源和開關(guān)S.圖4-6-4探討1：開關(guān)斷開前后，流過燈泡的電流方向是否相同？【提示】不同．S閉合時，燈泡A中電流向左，S斷開瞬間，燈泡A中電流方向向右．探討2：在斷開開關(guān)S的瞬間，燈泡A一定要閃亮一下嗎？【提示】不一定．燈泡A是否出現(xiàn)閃亮一下的現(xiàn)象，取決于兩個支路中電流的大小關(guān)系，只有在IL>IA的情況下，才可以出現(xiàn)閃亮一下的現(xiàn)象．eq\o([核心點(diǎn)擊])1．對自感系數(shù)的理解(1)自感系數(shù)的大小由線圈本身的特性及有無鐵芯決定，線圈越長、單位長度的匝數(shù)越多，自感系數(shù)越大．(2)線圈的自感系數(shù)與E、ΔI、Δt無關(guān)．2．?dāng)嚯娮愿械姆治鰧?shí)驗(yàn)電路實(shí)驗(yàn)要求電路穩(wěn)定時L1、L2亮度相同IL>IL1L1猛然亮一下再逐漸熄滅L2立刻熄滅R0為純電阻，不產(chǎn)生自感現(xiàn)象，L2立即熄滅．L為自感系數(shù)較大的線圈，斷開S后，L中產(chǎn)生自感電動勢，與L1組成閉合回路，線圈中的電流在原來電流值基礎(chǔ)上逐漸減小IL＝IL1L1由原來亮度逐漸熄滅IL<IL1L1先立即變暗一些再逐漸熄滅3.通電自感的分析實(shí)驗(yàn)電路實(shí)驗(yàn)要求電路穩(wěn)定時L1、L2亮度相同S閉合的瞬間L1先亮由于L1支路為純電阻電路，不產(chǎn)生自感現(xiàn)象L2逐漸變亮，最后與L1一樣亮由于L的自感作用阻礙L2支路電流增大，出現(xiàn)“延遲”現(xiàn)象4．通過一個線圈的電流在均勻增大時，則這個線圈的()A．自感系數(shù)也將均勻增大B．自感電動勢也將均勻增大C．磁通量保持不變D．自感系數(shù)和自感電動勢不變【解析】線圈的磁通量與電流大小有關(guān)，電流增大，磁通量增大，故C項(xiàng)錯誤；自感系數(shù)由線圈本身決定，與電流大小無關(guān)，A項(xiàng)錯誤；自感電動勢EL＝Leq\f(ΔI,Δt)，與自感系數(shù)和電流變化率有關(guān)，對于給定的線圈，L一定，已知電流均勻增大，說明電流變化率恒定，故自感電動勢不變，B項(xiàng)錯誤，D項(xiàng)正確．【答案】D5．(多選)如圖4-6-5所示，E為電池組，L是自感線圈(直流電阻不計(jì))，D1、D2是規(guī)格相同的小燈泡．下列判斷正確的是()圖4-6-5A．開關(guān)S閉合時，D1先亮，D2后亮B．閉合S達(dá)穩(wěn)定時，D1熄滅，D2比起初更亮C．?dāng)嚅_S時，D1閃亮一下D．?dāng)嚅_S時，D1、D2均不立即熄滅【解析】開關(guān)S閉合時D1、D2同時亮，電流從無到有，線圈阻礙電流的增加，A錯；閉合S達(dá)穩(wěn)定時D1被短路，電路中電阻減小，D2比起初更亮，B對；斷開S時，線圈阻礙電流減小，故D1會閃亮一下，而D2在S斷開后無法形成通路，會立即熄滅，所以C對，D錯．【答案】BC6．(多選)如圖4-6-6所示的電路中，燈泡LA、LB電阻相同，自感線圈L的電阻跟燈泡相差不大．先接通S，使電路達(dá)到穩(wěn)定，再斷開S.對于電流隨時間變化的圖象，下列正確的是()圖4-6-6【解析】S接通時，流過線圈的電流發(fā)生變化，線圈中會產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的變化，經(jīng)過一段時間后，自感作用消失，電路達(dá)到穩(wěn)定，選項(xiàng)A錯誤，B正確；S接通且電路穩(wěn)定時，流過燈泡LB的電流大于流過燈泡LA的電流，方向是從左到右，當(dāng)S斷開時，線圈L產(chǎn)生自感電動勢，并與燈泡LB組成回路，產(chǎn)生自感電流，使流過燈泡LB的電流反向，并突然減小，從斷開前流過線圈的電流大小開始逐漸減小到零，選項(xiàng)D正確，C錯誤．【答案】BD自感現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化1．在接通電路時，電路中的電流由于自感電動勢的作用不能發(fā)生突變而只能逐漸增加，這個過程中電源的電