(共38张PPT)
第四节
互感和自感
第二章 电磁感应
学习目标
1
新课讲解
3
新课导入
2
经典例题
4
课堂练习
5
本课小结
6
目录
学习目标
1.知道互感现象和自感现象的定义
2.知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量,知道它的单位及其大小的决定因素
3.知道自感现象的利弊及其利用和防止理解
4.能够通过电磁感应的相关知识分析通、断电自感现象的原因及磁场的能量转化问题
新课导入
为什么扩音器能播放手机输出的声音?
思考
线圈A与手机的音频输出端连接
线圈B与扩音器的输入端连接
新课导入
思考
当线圈靠近电磁炉时:手机为什么能够充电?
和无线充电之间有联系吗?试着思考一下
划时代的发现
A
1831年,法拉第把两个线圈绕在同一个铁环上
左侧线圈接电源及开关
右侧线圈接电流表
当开关闭合和断开的瞬间,右侧线圈连接的电流表的指针发生了偏转
小结:当一个线圈中的电流发生变化时,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。
将线圈A和B分别绕在圆形磁铁的两侧,两线圈无接触,小磁针置于线圈B的闭合回路附近,在线圈A外接电源断开和连接的瞬间,观察小磁针的变化。
实验探究:互感
实验装置:一个电源、线圈A和B、小磁针、圆形磁铁及若干导线。
如图所示
发现:线圈A通电和断电的瞬间,小磁针发生了偏转。
实验探究:互感
互感:互不相连并相互靠近的两个线圈,当一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化磁场会在另一个线圈中产生感应电动势,这一现象叫作互感
线圈A
变化的磁场
线圈B中产生感应电动势
通电或断电
互感的应用
应用
无线充电
收音机里的磁性天线
利用互感现象可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈,亦可以把信息从一个线圈传递到另一个线圈
变压器
互感的危害与防止
应用
影响因素:匝数、有无铁芯、形状、大小、相对位置等
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,影响电路的正常工作
手机发射出的无线电波(射频电磁辐射),能使接收无线电的天线感生射频电流。当射频电流在金属导体间环流时,遇到锈蚀或接触不良,就会产生射频火花。
通过双线绕法减少互感带来的影响
新课导入
思考
线圈中电流发生变化,是否也会在自己的回路里产生电动势?
按上图连接电路;
①闭合开关,观察到什么现象?
②断开开关,观察到什么现象?
实验探究:自感
实验装置:电源、自感线圈、电阻(变阻器)、开关、灯泡A和B
及若干线圈。
如图所示
发现:①在开关闭合瞬间,灯B立刻正常发光,灯A缓慢发光且在一段时间后正常发光。
②在开关断开瞬间,灯B立刻熄灭,灯A缓慢熄灭。
实验探究:自感
思考
为什么灯泡A较慢地亮起来?
又较慢地熄灭?
B↑
B↓
分析
↑
楞次定律
穿过线圈的磁通量
开关闭合,电源提供电动势,回路中出现电流
线圈中产生感应电动势
感应电动势与电流方向相反阻碍灯A中电流的增加
当线圈中的电流变化时,它所发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。
试着思考一下开关断开的瞬间,
是否也会发生自感现象呢?
思考
B↑
B↓
探究:自感电动势的大小与哪些因素有关?
回忆
法拉第电磁感应定律
自感电动势的大小为
决定线圈自感系数大小的因素有线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯等。
由法拉第电磁感应定律可知,
∵,,
∴,
∴,即自感电动势正比于电流的变化率。
写成等式为,其中即为自感系数,单位为亨利(H)。
电感和电阻对电流的阻碍作用的区别是什么?
物理量
比较内容
阻碍电流的变化 阻碍电流
产生自感现象 导体发热
电感越大,电流变化越快,对电流变化的阻碍作用越大,产生自感电动势越大 电阻越大,对电流的阻碍作用越大
线圈的大小、形状、匝数,有无铁芯 导体长度、横截面积、电阻率
电感和电阻都是反映导体本身性质的物理量
小结
自感现象的四大特点
①自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化;
②通过线圈的电流不能发生突变,只能缓慢变化;
③电流稳定时,自感线圈就相当于普通导体;
④线圈的自感系数越大,自感现象越明显,自感电动势只是延缓了过程的进行,但它不能使过程停止,更不能使过程反向。
电路变化瞬间,自感线圈保持原有的电流方向
表征线圈产生自感电动势本领的大小
自感的应用
应用
镇流器
扼流圈
自感式开关
按上图连接电路,闭合开关,等灯泡的亮度稳定后,断开开关,观察到什么现象?
实验探究:磁场的能量
实验装置:电源、自感线圈、开关、灯泡及若干线圈。
如图所示
发现:灯泡缓慢地熄灭。
分析
有电流就有磁场,线圈仍具有磁场
开关断开,线圈中的电流并未立即消失
能量储存在磁场中
开关闭合,线圈中的电流
从无到有
线圈中的磁场也是从无到有
可以看作电源把能量输送给磁场
小结
1.自感
(1)线圈中的电流从无到有时,磁场从无到有,电源把能量输送给磁场,储存在磁场中。
(2)线圈中的电流减小时,磁场中的能量释放出来,转化为电能。
2.断电自感中,灯泡是否会闪亮问题
①通过灯泡的自感电流大于原电流时,灯泡闪亮
②通过灯泡的自感电流小于或等于原电流时,灯泡不会闪亮
经典例题
1.在学完“互感和自感”这节课后,三位同学合作完成了如下小实验:如图,他们把一节电动势为1.5V的干电池、一个开关,一个自感系数很大的线圈、若干导线及他们自己按图示方式连接,实验过程中人会有电击的感觉。下列说法正确的是( )
C
A.闭合开关瞬间,人有触电的感觉B.断开开关瞬间,流过这几位同学的电流大于流过线圈L的电流C.断开开关瞬间,线圈两端的电压突然增大D.断开开关瞬间,流过人的电流方向为由P→Q
案:C
解析:A.闭合开关瞬间,人两端的电压只是电源两端的电压为1.5V,不足以触电,A错误;
B.断开开关的瞬间,线圈由于自感,线圈和几位同学组成闭合回路,流过几位同学的电流与流过线圈的电流大小相等,B错误;
C.断开开关瞬间,由于电流变化太快,导致线圈产生的感应电动势非常大,所以线圈两端电压会变大,C正确;
D.线圈中电流与原方向相同,自左向右,因此在人的那条线路上电流方向为由Q→P,D错误。
故选C。
经典例题
2.在工业用电的线路中常常有很大的交流电流,交流电流表的量程小于待测的电流,为了测量大电流可以使用电流互感器。电流互感器的工作原理与变压器是一致的,则下列说法正确的是( )
A
A.电流互感器的原线圈匝数小于副线圈的匝数,原线圈要串联在交流电路中
B.电流互感器的原线圈匝数大于副线圈的匝数,原线圈要串联在交流电路中
C.电流互感器的原线圈匝数小于副线圈的匝数,原线圈要并联在交流电路中
D.电流互感器的原线圈匝数大于副线圈的匝数,原线圈要并联在交流电路中
答案:A
解析:由题意知,副线圈的电流应小于原线圈的电流,根据
可得
知副线圈匝数应大于原线圈匝数,电流互感器应串联接入电路中,故A正确,BCD错误。
故选A。
3.如图所示,L为电感线圈,R为滑动变阻器,A1、A2是两个完全相同的灯泡。将R触头滑动至某一位置,闭合开关S,灯A1立即变亮,灯A2逐渐变亮,最终A2亮度更高。则( )
A.R连入电路的阻值与L的直流阻值相同
B.闭合S瞬间,L中电流与变阻器R中电流相等
C.断开S,A1立刻熄灭,A2逐渐熄灭
D.断开S,A1闪亮后再逐渐熄灭,A2逐渐熄灭
D
答案:D
解析:A.已知最终A2亮度更高,则通过A2的电流更大,根据并联电路电压相等可知,R连入电路的阻值大于L的直流阻值,故A错误;
B.闭合S瞬间,L阻碍电流的增大,L中电流小于变阻器R中电流,故B错误;
CD.断开S,L阻碍电流的减小,L和变阻器R以及两灯泡构成回路,断开S瞬间该回路电流大小等于初始通过A2的电流,故A1闪亮,之后L的电流逐渐减小至零,则两灯逐渐熄灭,故C错误,D正确。
故选D。
1.如图所示,L是直流电阻不计的自感系数较大的线圈,a灯泡的电阻小于b灯泡的电阻,b、c灯泡相同。下列说法正确的是( )
C
当堂检测
A.闭合S时a、c灯瞬间变亮,b灯逐渐变亮
B.闭合S,电路稳定后b、c灯一样亮
C.断开S时c灯立即熄灭,b灯闪亮一下后逐渐熄灭
D.断开S时通过a灯的感应电流与原电流方向相反
答案:C
解析:A.闭合S时,由于线圈产生自感电动势,可知b、c灯瞬间变亮,a灯逐渐变亮,故A错误;
B.闭合S,电路稳定后,由于线圈直流电阻不计,可知流过c灯电流大于流过b灯电流,且b、c灯泡相同,则c灯功率大于b灯功率,c灯比b灯亮,故B错误;
C.闭合S,电路稳定后,由于a灯泡的电阻小于b灯泡的电阻,可知通过线圈电流大于通过b灯电流;断开S时c灯立即熄灭,由于b灯与灯和线圈构成回路,则b灯闪亮一下后逐渐熄灭,故C正确;
D.断开S时通过a灯的感应电流与原电流方向相同,都是向右,故D错误。
2.图一为某超声波发生器中的核心元件—压电陶瓷片。为使得压电陶瓷片发生超声振动,需要给它通入同频率的高频电信号。图二为高频电信号发生原理图,已知某时刻电流i的方向指向A极板,且正在增大,下列说法正确的是( )
A.A极板带负电
B.线圈L两端的电压在增大
C.磁场能正在转化为电场能
D.减小自感系数L,可以减小超声振动的频率
A
答案:A
解析:A.某时刻电流正在增大,说明电容器正在放电,根据电流方向,可判断A带负电,故A正确;
B.电容器正在放电,则电容器电压减小,则线圈L两端的电压在减小,故B错误;
C.电容器正在放电,则电场能正在转化为磁场能,故C错误;
D.根据 ,减小自感系数L,可以增大超声振动的频率,故D错误。
故选A。
3.如图所示,L是直流电阻不计的带铁芯线圈,D为理想二极管,R为电阻,L1、L2和L3是三个完全相同的小灯泡。下列说法正确的是( )
A.闭合S瞬间,三个灯立即亮
B.闭合S瞬间,灯L1比L2灯先亮
C.断开S瞬间,L2灯闪亮后慢慢熄灭
D.断开S瞬间,L1灯闪亮后慢慢熄灭
D
答案:D
解析:AB.S闭合瞬间,两灯泡立即亮,由于线圈的自感作用从而使灯泡慢慢变亮,故AB错误;
CD.断开开关瞬间,线圈产生自感电动势,于是线圈、与形成一个闭合电路,由于稳定时比亮(所在的支路的总电阻比所在的支路的总电阻小),所以灯将闪亮一下再慢慢熄灭,而二极管单向导通性能,所以灯立即熄灭,故C错误,D正确。
故选D。
本课小结
1.互感
(1)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生电动势。这种现象叫作互感,这种感应电动势叫作互感电动势。
(2)互感现象是一种常见的电磁感应现象,它不仅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相互靠近的电路之间。
(3)互感现象可以把能量由一个电路传到另一个电路。变压器就是利用互感现象制成的。
本课小结
2.自感
(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。
(2)由于自感二产生的感应电动势叫作自感电动势。
(3)当电流增大时,“阻碍”原电流的增大,但最终没有“阻止”其增大;当电流减小时,“阻碍”原电流的减小,但最终没有“阻止”其减小。
2.自感系数
(1)自感电动势的大小为,其中L是线圈的自感系数,简称自感或电感,单位是亨利,符号为H。
(2)决定线圈自感系数大小的因素有线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯等。
本课小结
4.磁场的能量
(1)线圈中的电流从无到有时,磁场从无到有,电源把能量输送给磁场,储存在磁场中。
(2)线圈中的电流减小时,磁场中的能量释放出来,转化为电能。
谢谢