人教版选修二 2.4 互感和自感 课件（47张PPT）

(共47张PPT)
2.4 互感和自感
【学习目标】
(1)通过实验了解互感与自感现象，会用自感与互感解释简单的电磁现象；知道互感现象与自感现象是磁场能变化的一种表现。
(2)会从法拉第电磁感应定律的视角认识自感现象，了解自感系数，体会推理分析的科学思维方法。
(3)知道互感现象与自感现象的防止和应用。
A
B
两个线圈A、B之间并没有导线相连，线圈A与手机（或MP3等）的音频输出端连接，线圈B与扩音器的输入端连接。把线圈A插入线圈B时能否在扩音器上听见由手机输出的声音？你猜想的依据是什么？
思考与猜想
A
B
①什么是音频信号？
②为什么能在扩音器上听见由手机输出的声音？
①音频信号：频率变化的电流信号
②A线圈中变化的电流（音频信号）—→变化的磁场—→ B线圈磁通量变化—→产生感应电流。
划时代的发现
1831年，法拉第把两个线圈绕在一个铁环上。
法拉第：历经10年，“痴”心不改
他在1831年8月29日的日记中写下了首次成功的记录。
一个线圈接电源
G
电源
法拉第用过的线圈
另一个线圈接“电流表”
当给一个线圈通电或断电的瞬间，在另一个线圈上出现了电流。
在法拉第的实验中，两个线圈之间并没有导线相连，但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。
两个不相连的电路，
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。
1、互感
互感电动势：互感现象中产生的感应电动势。
一、互感现象
2、互感的应用
无线充电技术原理
电力输入
线圈
电力接收
线圈
输出
感应电流
输入
交流电
一、互感现象
2、互感的应用
变压器
◎传递能量
◎传递信息
一、互感现象
演示实验：跳环
收音机里的“磁性天线”利用互感现象，把广播电台的信号从一个线圈传递到另一个线圈
传递信息
2、互感的应用
一、互感现象
3、互感的危害与防止
实际上互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，也可以发生在任何两个相互靠近的电路之间。会影响电路的正常工作。
双线绕法
互感的防止电路板
磁环，
防止互感
一、互感现象
演示实验：
请3位同学手拉手，两边同学分别用手直接抓住A和B的金属部分，请同学们猜想当开关闭合和断开时候通过3位同学们的电流大小如何？感受如何？请试着说出你猜想的依据。
思考与猜想：
当开关闭合和断开时两灯泡的亮度有什么特点？
请说出你猜想的依据。
观察两个灯泡的发光情况
A1、A2 使用规格完全一样的灯泡。
闭合开关S，调节变阻器 R 和 R1 ，使A1、A2亮度相同且正常发光.
然后断开开关S。
重新闭合S，猜测观察到什么现象？
思考：
当一个线圈中的电流变化时，它是否也能在它本身激发出感应电动势呢？
B原
B感
E感
观察两个灯泡的发光情况
现象：在闭合开关Ｓ瞬间，灯A2立刻正常发光，A1却缓慢发光，比A2迟一会儿才正常发光。
电流I增大
磁通量Φ增大
I感与原电流I反向
电流I缓慢增大
如图，A1、A2 是规格完全一样的灯泡。线圈 L的阻值为RL，调节变阻器 R，使R=RL。闭合开关S后，试画出电流通过A1、A2灯泡电流IA1、IA2随时间变化的图像？
自感现象
I
t
IA2
IA1
对比两次图像的不同
流过R的电流
流过L的电流
当一个线圈中的电流变化时，
1、自感
自感电动势：自感现象中产生的感应电动势。
它所产生的变化的磁场在线圈本身激发出感应电动势的现象。
通电自感
二、自感现象
二、自感现象
观察开关断开时灯泡是否立即熄灭？灯泡的亮度有何变化？
现象：开关断开时灯泡没有立即熄灭，小灯泡先闪亮一下再逐渐熄灭。
电流I减小
磁通量Φ减小
I感与原电流I相同
电流I缓慢减小
二、自感现象
思考：1.开关断开时灯泡为什么没有立即熄灭？
IA
IL
A
S
E
L
RL＜RA
IL＞IA
二、自感现象
思考：2.小灯泡为什么先闪亮一下再逐渐熄灭？
IA
IL
A
S
E
L
RL≥RA
IL≤IA
二、自感现象
思考：3.小灯泡在什么情况下逐渐熄灭？
思考：4.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？
分析：通过电感线圈I↓
Φ↓
自感电动势，阻碍Φ减少
阻碍线圈中的电流减少。
B原
B感
E感
IA
IL
A
S
E
L
二、自感现象
思考：5.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？
这个电流只能通过A灯形成回路，所以A灯上的电流不是立刻变为零。
通过灯泡的感应电流与原来电流方向相反
O
t
I
思考：6.通过灯的电流怎样变化？
自感现象归纳
A
L
S
（1）当 IL IA 时，会闪一下，再逐渐熄灭
（2）当 IL IA 时，逐渐熄灭
（1） I原增加，I原与I感方向 。
（2）I原减小，I原与I感方向 。
IA
IL
>
≤
相反
相同
阻碍电流（磁通量）变化：“增反减同”
线圈L电流变化
磁通量变化
自身产生自感电动势
感应电流
如图用电流传感器收集开关断开前后通过灯泡A、线圈L的电流IA、IL随时间变化的数据：
（1）若 RL=RA相等，请定性作出电脑上显示的IA、IL时间变化图像？
（2）若 RL 远小于RA ，请定性作出电脑上显示的IA、IL时间变化图像？
自感现象
电流传感器
A
L
S
IA
IL
RL=RA
IA
IL
I
t
RL 远小于RA
IA
IL
I
t
通电自感：A2立刻就正常发光，A1逐渐变亮。
断电自感：A1和A2缓慢熄灭
当IL>IA2则，A2就会闪亮一下再熄灭
当IL≤IA2则，A2就会缓慢的熄灭
通电自感：A灯立刻就正常发光，随后缓慢变暗，甚至熄灭
断电自感：A灯缓慢熄灭
当IL>IA则，灯泡就会闪亮一下再熄灭
当IL≤IA则，灯泡就会缓慢的熄灭
通电自感
断电自感
用电流传感器显示自感对电流的影响
开关闭合时电流是逐渐增大的
去掉电感线圈
开关闭合时电流是瞬间增大
思考与猜想：
当开关闭合和断开时通过两个电流表的示数大小和方向有什么特点？请说出你猜想的依据。
3. 自感的应用与防止
（1）应用
感应圈
日光灯镇流器
震荡电流——发射电波
二、自感现象
3、自感的应用与防止
大型电动机
（3）防止
油浸开关
电弧火花——烧蚀开关。
（2）危害
二、自感现象
电动机等大功率用电器的开关应该装在金属壳中。最好使用油浸开关，即把开关的接触点浸在绝缘油中，避免出现电火花。
自感现象的利用和防止
L很大
啊！

李 辉
刘 伟
刘伟为什么会有电击的感觉？
自感电动势
因为
所以
对于一个特定的线圈，n、S 是定值
所以
三 、自感系数
三 、自感系数
1.自感电动势的大小：
4.自感系数的大小因素：
2.L： ，简称 或 。
用来描述电感线圈对其中电流的 作用。
L越大，E越大，对电流阻碍越 。
3.单位是： ，简称 ，
1H= mH = μH
自感系数
自感
电感
阻碍
大
亨利
亨
103
106
由线圈本身特点（大小、形状、圈数、是否有铁芯等因素）决定。
自感系数
电流变化率
与电流的变化率成 比。
正
自感系数由线圈本身的性质决定，与线圈是否通电无关。线圈越大，越粗，匝数越多，自感系数越大。另外，带有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。
L 小
L 大
约瑟夫·亨利
Henry Joseph
1797-1878
美国著名物理学家，1867年起，
任美国科学院第一任院长;
1829年制成了能提起一吨重铁
块的电磁铁；
1830年发现电磁感应现象，
比法拉第早一年；
1832年发现了电流的自感现象；
……
从来不申请专利
无偿贡献给社会
断电自感：开关断开后，灯泡的发光还能维持一小段时间，能量是从哪里来的？
自感
线圈
电流磁场
磁场能
1. 磁场能：储存在磁场中的能量
2. 电的“惯性”
四、磁场的能量
弹簧K并不会立刻将衔铁D拉起而使触头C（连接工作电路）离开，而是过一小段时间后才执行这个动作。延时继电器就是因此而得名的。
（1）请解释：当开关S 断开后，为什么电磁铁还会继续吸住衔铁一小段时间？
（2）如果线圈B不闭合，是否会对延时效果产生影响？为什么？
如图所示是一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈A和B。线圈A跟电源连接，线圈B两端连在一起，构成一个闭合电路。在断开开关S 的时候，
练习与应用
解析：
【例题】L是自感系数很大的线圈，但其自身的电阻几乎为0。A和B是两个相同的小灯泡。
(1)当开关S由断开变为闭合时，A、B两个灯泡的亮度将如何变化
2)当开关S由闭合变为断开时，A、B两个灯泡的亮度又将如何变化
1、当开关由断开变为闭合时，两灯立即有电压，同时发光，由于线圈的电阻很小，B灯被线圈短路，由亮变暗直到不亮；A灯由亮变为更亮。
2、当开关断开时，A灯没有了电压立即熄灭；线圈中电流减少时，线圈产生自感电动势，相当于电源，给B灯提供短暂的电流使B灯缓慢熄灭。
一、互感现象
二、自感现象
1.通电自感 产生的感应电动势阻碍自身电流的增大
2. 断电自感 产生的感应电动势阻碍自身电流的减小
三、自感系数
课堂小结
1、如图所示，是一种延时开关的原理图，当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通；当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放．则(　　)
A．由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
B．由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
C．如果断开B线圈的开关S2，无延时作用
D．如果断开B线圈的开关S2，延时将变长
S2闭合，S1断开时，线圈B中有感应电流，产生电磁感应作用
若S2断开，线圈B中不产生感应电流而起不到延时作用
BC
解析：
2、在如图所示的甲、乙电路中，电阻R和灯泡电阻值相等，自感线圈L的电阻值可认为是零．在接通开关S时，则(　　)
A．在电路甲中，A将渐渐变亮
B．在电路甲中，A将先变亮，后渐渐变暗
C．在电路乙中，A将渐渐变亮
D．在电路乙中，A将由亮渐渐变暗，后熄灭
在电路甲中,通过灯泡的电流只能慢慢增加。
在电路乙中,通过自感线圈的电流逐渐增加,而通过灯泡的电流逐渐减小,流过线圈的电流最大时，通过灯泡的电流可以认为是零
自感线圈产生自感电动势来阻碍电流的流入。
AD
解析：
3、如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，电感线圈L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值。在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t＝t1时刻断开S.下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图象中，正确的是（ ）
B
4(多选)如图所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，当PQ在外力作用下运动时，MN在磁场力作用下向右运动，则PQ所做的运动可能是(　　)
栏目链接
A．向右匀加速运动
B．向左匀加速运动
C．向右匀减速运动
D．向左匀减速运动
BC
5.如图所示的电路中，若放在水平光滑金属导轨上的ab棒突然向右移动，这可能发生在(　　)
A．闭合开关S的瞬间
B．断开开关S的瞬间
C．闭合开关S后，减小滑动变阻器R的阻值时
D．闭合开关S后，增大滑动变阻器R的阻值时
AC
N
S
N
S
F
6.如图甲所示，A、B 两绝缘金属环套在同一铁芯上，A环中电流 iA随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法中正确的是(　 )
A．t1时刻，两环作用力最大
B．t2和t3时刻，两环相互吸引
C．t2时刻两环相互吸引，t3时刻两环相互排斥
D．t3和t4时刻，两环相互吸引
t1时刻A中电流变化率为零，其产生的磁场的磁通量的变化率为零，所以B中感应电流为零，故两环作用力为零，A错误；t2和t3时刻A环中电流在减小，则B环中产生与A环中同向的电流，故相互吸引，B正确，C错误，t4时刻A中电流为零，两环无相互作用，D错误。
解析：
B