第二章 4 互感和自感 学案(学生版+教师版)—2024年春高中物理人教版选择性必修二

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名称 第二章 4 互感和自感 学案(学生版+教师版)—2024年春高中物理人教版选择性必修二
格式 docx
文件大小 480.0KB
资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2024-03-10 19:49:57

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文档简介

4 互感和自感
[学习目标] 
1.了解互感现象及其应用(重点)。
2.了解自感现象,能够通过电磁感应的规律分析通电、断电自感现象的成因(重难点)。
3.了解自感电动势的表达式,知道自感系数的决定因素,了解自感现象中的能量转化(重难点)。
一、互感现象
1.互感和互感电动势: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________________会在另一个线圈中产生________________,这种现象叫作互感,这种感应电动势叫作________________。
2.应用:利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈,如____________就是利用互感现象制成的。
3.危害:互感现象不仅可以发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,而且可以发生于任何两个________________的电路之间,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,要设法减小互感。
例1 目前手机的无线充电技术(图甲)已经成熟,其工作过程可简化为图乙所示,A、B两个线圈彼此行放置,当线圈A接通工作电源时,线圈B中会产生感应电动势,并对与其相连的手机电池充电。下列说法正确的是(  )
A.只要线圈A中输入电流,线圈B中就会产生感应电动势
B.若线圈A中输入变化的电流,线圈B中产生的感应电动势也会发生变化
C.线圈A中输入的电流越大,线圈B中感应电动势越大
D.线圈A中输入的电流变化越快,线圈B中感应电动势越大
二、自感现象
1.按照如图所示电路图连接电路。
(1)开关S闭合时,灯泡1和2的发光情况有什么不同?
(2)根据楞次定律结合电路图分析该现象产生的原因。
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2.按照如图所示电路图连接电路。
(1)若灯泡的电阻小于线圈L的直流电阻,先闭合开关使灯泡发光,稳定后断开开关。观察开关断开时灯泡的亮度变化,并解释原因。若灯泡电阻大于线圈L的直流电阻,灯泡的亮度如何变化?
(2)开关断开前后,流过灯泡的电流方向相同吗?
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1.当一个线圈中的电流________时,它所产生的________的磁场在线圈________激发出感应电动势,这种现象称为自感。由于自感而产生的感应电动势叫作______________。
2.自感电动势的作用
阻碍原电流的变化,而不是阻止,原电流仍在变化,只是使原电流的变化时间变长,即总是起着推迟电流变化的作用。
3.对电感线圈阻碍作用的理解
(1)若电路中的电流正在改变,电感线圈会产生自感电动势阻碍电路中电流的变化,使通过电感线圈的电流不能突变。
(2)若电路中的电流是稳定的,电感线圈相当于一段导线,其阻碍作用是由绕制线圈的导线的电阻引起的。
(3)线圈通电和断电时线圈中电流的变化规律如图。
例2 如图所示,电路中电源的内阻不能忽略,A、B为两个完全相同的灯泡,当S闭合时,下列说法正确的是(线圈L的直流电阻较小)(  )
A.A比B先亮,然后A逐渐熄灭
B.B比A先亮,然后B逐渐变暗
C.A、B一起亮,然后A逐渐熄灭
D.A、B一起亮,然后B逐渐熄灭
例3 (2023·宿迁市高二期末)如图所示,两个灯泡A1和A2的规格相同,A1与线圈L串联后接到电路中,A2与滑动变阻器R串联后接到电路中,先闭合开关S,调节R,使两个灯泡的亮度相同,再调节R1,使它们正常发光,下列说法正确的是(  )
A.断开开关S后,A1、A2立即熄灭
B.断开开关S后,A1逐渐熄灭,A2立即熄灭
C.断开开关S后,A2闪亮一下再熄灭
D.断开开关S后,A1、A2都逐渐变暗,且同时熄灭
自感中“闪亮”与“不闪亮”问题
与线圈串联的灯泡 与线圈并联的灯泡
电路图
通电时 电流逐渐增大,灯泡逐渐变亮 电流突然增大,灯泡立即变亮,然后电流逐渐减小达到稳定
断电时 电流逐渐减小,灯泡逐渐变暗,灯泡中电流方向不变 ①若I2≤I1,灯泡逐渐变暗; ②若I2>I1,灯泡闪亮后逐渐变暗。两种情况灯泡中电流方向均改变
例4 在如图所示的电路中,开关S闭合且稳定后流过自感线圈的电流是2 A,流过灯泡D的电流是1 A,现将开关S突然断开,能正确反映流过灯泡的电流i在开关S断开前后随时间t变化关系的图像是(  )
自感现象中I-t图像的处理技巧
三、自感系数和磁场的能量
1.自感电动势
(1)表达式:E=____________。
(2)理解:①表达式中为电流的变化率,电流变化越快,电流变化率越大,自感电动势也越________。
②表达式中L为线圈的________________。
2.自感系数
3.磁场的能量
(1)线圈中电流从无到有时,磁场也是从无到有,________把能量输送给磁场,储存在磁场中。
(2)线圈中电流减小时,________中的能量释放出来转化为电能。
例5 关于自感现象、自感系数、自感电动势,下列说法正确的是(  )
A.当线圈中通恒定电流时,线圈中没有自感现象,线圈自感系数为零
B.线圈中电流变化越快,线圈的自感系数越大
C.自感电动势与原电流方向相反
D.对于确定的线圈,其产生的自感电动势与其电流变化率成正比
4 互感和自感
[学习目标] 1.了解互感现象及其应用(重点)。2.了解自感现象,能够通过电磁感应的规律分析通电、断电自感现象的成因(重难点)。3.了解自感电动势的表达式,知道自感系数的决定因素,了解自感现象中的能量转化(重难点)。
一、互感现象
1.互感和互感电动势: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,这种现象叫作互感,这种感应电动势叫作互感电动势。
2.应用:利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈,如变压器就是利用互感现象制成的。
3.危害:互感现象不仅可以发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,而且可以发生于任何两个相互靠近的电路之间,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,要设法减小互感。
例1 目前手机的无线充电技术(图甲)已经成熟,其工作过程可简化为图乙所示,A、B两个线圈彼此行放置,当线圈A接通工作电源时,线圈B中会产生感应电动势,并对与其相连的手机电池充电。下列说法正确的是(  )
A.只要线圈A中输入电流,线圈B中就会产生感应电动势
B.若线圈A中输入变化的电流,线圈B中产生的感应电动势也会发生变化
C.线圈A中输入的电流越大,线圈B中感应电动势越大
D.线圈A中输入的电流变化越快,线圈B中感应电动势越大
答案 D
解析 根据感应电流产生的条件,若在线圈A中输入恒定电流,则线圈A只产生恒定的磁场,线圈B中的磁通量不发生变化,则线圈B中不会产生感应电动势,故A错误;若线圈A中输入随时间均匀变化的电流,则会使线圈A产生随时间均匀变化的磁场,根据法拉第电磁感应定律E=n知线圈B中会产生恒定不变的感应电动势,故B错误;若线圈A中电流恒定不变,无论多大,产生的磁场是恒定的,则线圈B中没有磁通量变化,则不会产生感应电动势,故C错误;线圈A中电流变化越快,则线圈A中电流产生的磁场变化越快,根据法拉第电磁感应定律E=n,线圈B中感应电动势也会越大,故D正确。
二、自感现象
1.按照如图所示电路图连接电路。
(1)开关S闭合时,灯泡1和2的发光情况有什么不同?
(2)根据楞次定律结合电路图分析该现象产生的原因。
答案 (1)灯泡2立即发光,而灯泡1是逐渐亮起来的。
(2)接通电源的瞬间,电流增加,线圈L中产生感应电动势。根据楞次定律,感应电动势会阻碍电流的增加,所以灯泡1慢慢地亮起来。
2.按照如图所示电路图连接电路。
(1)若灯泡的电阻小于线圈L的直流电阻,先闭合开关使灯泡发光,稳定后断开开关。观察开关断开时灯泡的亮度变化,并解释原因。若灯泡电阻大于线圈L的直流电阻,灯泡的亮度如何变化?
(2)开关断开前后,流过灯泡的电流方向相同吗?
答案 (1)灯泡逐渐熄灭。开关断开时,通过线圈L的电流减小,这时会出现感应电动势阻碍线圈L中的电流减小,线圈中产生与原方向相同的电流,与灯泡构成闭合回路,所以灯泡逐渐熄灭。若灯泡电阻大于线圈L的直流电阻,则灯泡先闪亮一下再逐渐熄灭。
(2)开关闭合时,灯泡中的电流方向向左,开关断开瞬间,灯泡中的电流方向向右,所以开关断开前后,流过灯泡的电流方向相反。
1.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。由于自感而产生的感应电动势叫作自感电动势。
2.自感电动势的作用
阻碍原电流的变化,而不是阻止,原电流仍在变化,只是使原电流的变化时间变长,即总是起着推迟电流变化的作用。
3.对电感线圈阻碍作用的理解
(1)若电路中的电流正在改变,电感线圈会产生自感电动势阻碍电路中电流的变化,使通过电感线圈的电流不能突变。
(2)若电路中的电流是稳定的,电感线圈相当于一段导线,其阻碍作用是由绕制线圈的导线的电阻引起的。
(3)线圈通电和断电时线圈中电流的变化规律如图。
例2 如图所示,电路中电源的内阻不能忽略,A、B为两个完全相同的灯泡,当S闭合时,下列说法正确的是(线圈L的直流电阻较小)(  )
A.A比B先亮,然后A逐渐熄灭
B.B比A先亮,然后B逐渐变暗
C.A、B一起亮,然后A逐渐熄灭
D.A、B一起亮,然后B逐渐熄灭
答案 B
解析 S闭合时,线圈上产生自感电动势,阻碍电流的增大,所以B灯比A灯先亮,电路稳定后线圈L的直流电阻较小,故流过B灯支路的电流变小,所以B灯逐渐变暗,故B正确。
例3 (2023·宿迁市高二期末)如图所示,两个灯泡A1和A2的规格相同,A1与线圈L串联后接到电路中,A2与滑动变阻器R串联后接到电路中,先闭合开关S,调节R,使两个灯泡的亮度相同,再调节R1,使它们正常发光,下列说法正确的是(  )
A.断开开关S后,A1、A2立即熄灭
B.断开开关S后,A1逐渐熄灭,A2立即熄灭
C.断开开关S后,A2闪亮一下再熄灭
D.断开开关S后,A1、A2都逐渐变暗,且同时熄灭
答案 D
解析 一段时间电路稳定后,断开开关S,灯泡A1、A2与线圈L、滑动变阻器R构成回路,L相当于电源,因原来两支路电流相等,所以不会出现A2闪亮一下再熄灭的现象,A1、A2都会逐渐变暗,且同时熄灭,故D正确。
自感中“闪亮”与“不闪亮”问题
与线圈串联的灯泡 与线圈并联的灯泡
电路图
通电时 电流逐渐增大,灯泡逐渐变亮 电流突然增大,灯泡立即变亮,然后电流逐渐减小达到稳定
断电时 电流逐渐减小,灯泡逐渐变暗,灯泡中电流方向不变 ①若I2≤I1,灯泡逐渐变暗; ②若I2>I1,灯泡闪亮后逐渐变暗。两种情况灯泡中电流方向均改变
例4 在如图所示的电路中,开关S闭合且稳定后流过自感线圈的电流是2 A,流过灯泡D的电流是1 A,现将开关S突然断开,能正确反映流过灯泡的电流i在开关S断开前后随时间t变化关系的图像是(  )
答案 D
解析 开关S断开前,通过灯泡D的电流是稳定的,其值为1 A。开关S断开瞬间,自感线圈的支路由于自感现象会产生与线圈中原电流方向相同的自感电流,使线圈中的电流从2 A逐渐减小,方向不变,且与灯泡D构成闭合回路,通过灯泡D的电流和线圈L中的电流大小相同,也是从2 A逐渐减小到零,但是方向与原来通过灯泡D的电流方向相反,故D对。
自感现象中I-t图像的处理技巧
三、自感系数和磁场的能量
1.自感电动势
(1)表达式:E=L。
(2)理解:①表达式中为电流的变化率,电流变化越快,电流变化率越大,自感电动势也越大。
②表达式中L为线圈的自感系数。
2.自感系数
3.磁场的能量
(1)线圈中电流从无到有时,磁场也是从无到有,电源把能量输送给磁场,储存在磁场中。
(2)线圈中电流减小时,磁场中的能量释放出来转化为电能。
例5 关于自感现象、自感系数、自感电动势,下列说法正确的是(  )
A.当线圈中通恒定电流时,线圈中没有自感现象,线圈自感系数为零
B.线圈中电流变化越快,线圈的自感系数越大
C.自感电动势与原电流方向相反
D.对于确定的线圈,其产生的自感电动势与其电流变化率成正比
答案 D
解析 当线圈中通恒定电流时,线圈中没有自感现象,不产生自感电动势,但是线圈自感系数不为零,选项A错误;线圈中电流变化越快,产生的自感电动势越大,线圈的自感系数与电流变化快慢无关,选项B错误;根据楞次定律,当线圈中电流增大时,自感电动势阻碍电流增大,自感电动势方向与原电流方向相反;当线圈中电流减小时,自感电动势阻碍电流减小,自感电动势方向与原电流方向相同,选项C错误;对于确定的线圈,自感系数L一定,其产生的自感电动势与其电流变化率成正比,选项D正确。