2.4互感和自感 课件 （43张PPT）2024-2025学年人教版（2019）高中物理选择性必修第二册

2.4 互感和自感
人教版（2019）物理（选择性必修第二册）
第二章 电磁感应
目录
素养目标
01
课程导入
02
新课讲解
03
总结归纳
04
课堂练习
05
正确教育
素养目标
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
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。线圈A与线圈B靠近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？
新课讲解
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。
和无线充电之间有联系么，试着思考一下
当线圈靠近电磁炉时，手机为什么会进入充电模式？
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。
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。
观察下列现象，试着总结什么是互感
定义
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的现象。产生的电动势叫作互感电动势。
变化的电流
变化的磁场
变化的磁通量
感应电动势
互感现象
互感的应用
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
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。
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
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
通过双线绕法减少互感带来的影响
互感的危害
互感防止电路板
禁打手机
自感现象
当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场激发出本身感应电动势。这种现象称为自感，由于自感而产生的感应电动势叫做自感电动势。
自感线圈，我们用 表示，根据楞次定律，当电流从无到有或从有到无，或者电路中电流发生变化时，自感线圈就会产生阻碍这种变化的感应电流，从而延缓结果的发生。
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A1和A2
及若干线圈。
如图所示
发现：在开关闭合瞬间，灯A2立刻正常发光，灯A1缓慢发光且在一段时间后正常发光。
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↓
当开关断开时：
发现：
小灯泡缓慢熄灭
分析
线圈中电流方向向左
原电流磁场向左
感应电流磁场向左
感应电流的方向向左
电键断开时
B感
B原
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
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
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
物理量
比较内容
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}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
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
自感的应用
镇流器
扼流圈
自感式开关
经典例题
在如图所示的电路中，L是自感系数足够大的线圈（直流电阻不计），A、B为两只相同的灯泡，下列说法中正确的是( )
A.在S刚闭合时，A灯逐渐变亮，B灯立即变亮
B.在S刚闭合时，两灯同时亮，然后A灯熄灭，B灯亮度不变
C.S闭合一段时间后，再将S断开，A、B两灯同时熄灭
D.S闭合一段时间后，再将S断开，A灯闪亮一下熄灭，B灯立即熄灭
D
答案：D
解析：AB.闭合S时，电源的电压同时加到两灯上，A、B同时亮，随着L中电流增大，由于线圈L直流电阻可忽略不计，分流作用增大，A逐渐被短路直到熄灭，外电路总电阻减小，总电流增大，B变亮，故AB错误；
CD.断开S，B立即熄灭，线圈中电流减小，产生自感电动势，感应电流流过A灯，A闪亮一下后熄灭，故C错误、D正确。
经典例题
如图所示电路中，A、B、C为完全相同的三个灯泡，L是一直流电阻不可忽略的电感线圈。a、b为线圈L的左右两端点，原来开关S是闭合的，三个灯泡亮度相同。将开关S断开后，下列说法正确的是( )
A.a点电势高于b点，A灯闪亮后缓慢熄灭
B.a点电势低于b点，B、C灯闪亮后缓慢熄灭
C.a点电势高于b点，B、C灯闪亮后缓慢熄灭
D.a点电势低于b点，B、C灯不会闪亮只是缓慢熄灭
D
答案：D
解析：开关闭合时电路稳定后，三个灯泡亮度相同，说明流过三个灯泡的电流相等；开关断开时，电感线圈与三个灯泡组成闭合电路，电感线圈相当于电源，产生和原电流方向相同的感应电流，所以a点的电势低于b点电势，三个灯泡都不会闪亮，只是缓慢熄灭。故选D。
无线充电是近年发展起来的新技术，如图所示，该技术通过交变磁场在发射线圈和接收线圈间传输能量。内置接收线圈的手机可以直接放在无线充电基座上进行充电，关于无线充电的说法正确的是( )
A.无线充电效率高，线圈不发热
B.无线充电基座可以用稳恒直流电源供电
C.无线充电过程主要利用了电磁感应原理
D.无线充电基座可以对所有手机进行无线充电
C
经典例题
答案：C
解析：A.接收线圈的磁通量只是发射线圈产生的一部分，则无线充电效率低； 充电时线圈中有电流，根据电流的热效应，可知线圈会发热，故A错误；
B.如果无线充电基座用稳恒直流电源供电，则接收线圈的磁通量不变，不能产生感应电流，无法对手机充电，故B错误；
C.无线充电过程主要利用互感现象来实现能量传递的，故C正确；
D.如果手机内没有接收线圈， 则无线充电基座不可以对手机进行充电，故D错误。
互感和自感
互感现象
互感电动势
互感
应用：通过互感能传递能量或信号
自感
自感现象
自感电动势：
自感系数L：大小与线圈的大小、形状、圈数，以及是否有铁芯等因素有关。
磁场的能量
1.如图所示，A1、A2是两个相同的小灯泡，线圈L的电阻可以忽略，下列说法正确的是( )
A.接通S时，A1先亮、A2后亮，最后A1、A2一样亮
B.接通S时，A2先亮、A1后亮，最后A1、A2一样亮
C.断开S瞬间，A1、A2逐渐变暗，最后熄灭
D.断开S瞬间，流过R的电流方向与接通S瞬间相反
D
答案：D
解析：AB.开关S闭合的瞬间，L相当于断路，两灯同时获得电压，所以同时发光。由于稳定时线圈的电阻可以忽略，电阻R逐渐被短路，流过两灯的电流逐渐增大，灯逐渐变亮且一样亮，故AB错误；CD.断开开关S的瞬间，两灯的电流突然消失，立即熄灭；流过线圈的电流将要减小，产生自感电动势，相当电源，自感电流流过电阻R，所以此时流过R的电流方向与接通S瞬间相反，故C错误，D正确。故选D。
2.在断电自感的演示实验中，用小灯泡、带铁芯的电感线圈L和定值电阻R等元件组成如图甲所示电路。闭合开关待电路稳定后，两支路电流分别为I1和I2。断开开关前后的一小段时间内，电路中电流随时间变化的关系如图乙所示，则( )
A.断开开关前R中电流为I2
B.断开开关前灯泡电阻小于R和L的总电阻
C.断开开关后小灯泡先突然变亮再逐渐熄灭
D.断开开关后小灯泡所在支路电流如曲线a所示
C
答案：C
解析：AD.断开开关S前、后的一小段时间内，通过电感线圈L的电流方向是不变的，则电感线圈L所在支路的电流如曲线a所示，小灯泡所在支路的电流如曲线b所示，则断开开关S前，定值电阻R中的电流为I1，灯泡中的电流为I2，故AD错误；
B.由题图可知，断开开关S前通过电感线圈L的电流大于通过小灯泡的电流，结合欧姆定律可知断开开关S前，小灯泡的电阻大于定值电阻R和电感线圈L的总电阻，故B错误；
C.断开开关S后，电感线圈L产生的自感电动势阻碍电流的减小，电感线圈L相当于电源，由于线圈L、电阻R和灯泡重新组成自感回路，且断开开关S前电感线圈所在支路的总电阻小于小灯泡的总电阻，则小灯泡先突然变亮再逐渐熄灭，故C正确。
3.下列两个靠近的线图之间最不容易产生互感现象的是( )
A. B.
C. D.
C
答案：C
解析：ABD.如图所示两个靠近的线圈在另一个线圈中的磁通量均不为零，容易产生互感现象。故ABD正确，与题意不符；C.如图所示垂直放置的两个线圈在另一个线圈中的磁通量为零，当第一个线圈中的电流变化时，第二个线圈的磁通量始终为0.故C错误，与题意相符。本题选错误的故选C。
4.图甲和图乙是演示自感现象的两个电路图，L1和L2为电感线圈，A1、A2、A3是三个完全相同的灯泡.实验时，断开开关S1瞬间，A1灯突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关S2，灯A2逐渐变亮，而另一个相同的灯A3立即变亮，最终A2与A3的亮度相同下列说法正确的是( )
A.图甲中，A1与L1的电阻值相同
B.图甲中，闭合S1，电路稳定后，A1中电流小于L1中电流
C.图乙中，变阻器R的电阻值小于L2的电阻值
D.图乙中，闭合S2瞬间，L2中电流与变阻器R中电流相等
B
答案：B
解析：A、图甲中，断开S1的瞬间，A1灯突然闪亮，是因为电路稳定时，L1的电流大于A1的电流，可知L1的电阻小于A1的电阻，故A错误；B、图甲中，闭合S1，电路稳定后，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，说明灯泡中的电流小于线圈中的电流，故B正确；C、图乙中，因为要观察两只灯泡发光的亮度变化，两个支路的总电阻相同，因两个灯泡电阻相同，所以变阻器R与L2的电阻值相同，故C错误；D、图乙中，闭合S2瞬间，L2对电流由阻碍作用，所以L2中电流与变阻器R中电流不相等，故D错误。
5.在如图所示的电路中，a、b、c为三盏完全相同的灯泡，L是自感线圈，直流电阻为RL，则下列说法正确的是( )
A.合上开关后，c先亮，a、b后亮
B.断开开关时，N点电势高于M点
C.断开开关后，b、c同时熄灭，a缓慢熄灭
D.断开开关后，c马上熄灭，b闪亮一下后缓慢熄灭
B
答案：B
解析：A.合上开关后，b、c与电源形成通路一起先亮，因为线圈产生自感电动势，a后亮，故A错误；
B.断开开关时，线圈的电流减小，磁通量减小，根据楞次定律，N点是电动势的正极，N点电势高于M点，故B正确；
CD.断开开关后，c立即熄灭，因为线圈相当于电源，a、b缓慢熄灭，b正常发光时的电流大于a灯的电流，当a灯的电流流进b灯，由线圈供电时的电流突然变小，没有闪光，故CD错误。