人教版高中物理选择性必修第二册第二章电磁感应4互感和自感课件（57页ppt）

(共57张PPT)
第二章　电磁感应
4. 互感和自感
核心素养：
1. 了解自感现象和互感现象的概念，了解自感系数由哪些因素决定.（物理观念）
2. 理解互感和自感现象产生的机理，能解释有关现象.（科学思维）
3. 通过实验，观察开关闭合和断开时灯泡的发光情况.（科学探究）
4. 在生产和生活中，能利用和防止互感和自感现象.（科学态度与责任）
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研习任务一　互感现象
合作　讨论
如图所示是法拉第实验线圈.在实验中，两个线圈并没有用导线连接.
　　
（1）当线圈L1中有电流时，另一个线圈L2中是否会产生感应电流？
提示：（1）不一定.当线圈L1中的电流为恒定电流时，在其周围空间产生的磁场不 变，则在另一个线圈L2中就不会产生感应电流.只有当线圈L1中的电流变化时，在其 周围空间产生变化的磁场，此时会在另一个线圈L2中产生感应电流.
（2）当线圈L1中的电流变化时，在另一个线圈L2中为什么会产生感应电动势呢？
提示：（2）当线圈L1中的电流变化时，穿过两个线圈的磁通量都会变化，在另一个 线圈L2中就会产生感应电动势.
教材　认知
互感和互感电动势
两个相互靠近但导线不相连的线圈，当一个线圈中的 变化时，它所产生 的 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 .
电流　
变化的磁场　
互感电动势　
要点　归纳
1. 规律
一个线圈中电流变化越快（电流的变化率越大），另一个线圈中产生的感应电 动势越大.
2. 应用与危害
（1）应用：变压器、收音机的磁性天线都是利用互感现象制成的.
（2）危害：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，这时 要设法减小电路间的互感.例如在电路板的刻制时就要设法减小电路间的互感现象.
研习　经典
　
AC
A. 送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化
B. 受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变
C. 送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递
D. 手机和基座无需导线连接，这样传递能量没有损失
解析：由于送电线圈输入的是正弦式交变电流，是周期性变化的，因此产生的磁场也 是周期性变化的，A正确，B错误；变压器原、副线圈是通过互感现象实现能量传递 的，因此送电线圈和受电线圈也是通过互感现象实现能量传递的，C正确；手机与基 座无需导线连接就能实现充电，但磁场能有一部分以电磁波辐射的形式损失掉，因此 这样传递能量是有能量损失的，D错误.
名师点评
　　解决此类问题一定要注意互感现象也是一种电磁感应现象，要灵活运用电磁感应 和楞次定律的相关知识来解决问题.
对应　训练
A. 自感 B. 静电感应
C. 互感 D. 直接导电
解析：小螺线管与音乐播放器相连，小螺线管的线圈中输入了音频信号；当把小螺线 管插入大螺线管中时音乐就会从音箱中响起来，说明大螺线管中激发出了感应电流， 是互感现象.故C正确，A、B、D错误.
C
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研习任务二　自感现象
合作　讨论
让几位同学“串联”在电路中，电源只需1节干电池即可.进行如下操作后请谈一下自 己的体验.
（1）闭合开关S前；
提示：（1）无感觉；
（2）闭合开关S后；
提示：（2）无感觉；
（3）断开开关S瞬间.
提示：（3）突然感觉到电击.
原因：开关断开发生断电自感现象，瞬间回路中产生较大的自感电动势，所以会有电 击的感觉.
请思考一下一节干电池何以使这么多同学有如此的感受？
教材　认知
1. 自感和自感电动势
当一个线圈中的 变化时，它所产生的变化的磁场在 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 .
电流　
线圈本身　
自感电动势　
2. 通电自感
（1）电路：如图所示.
（2）现象
接通电源的瞬间，灯泡A1 地亮起来.
（3）原理
闭合开关的瞬间，电流从 到 ，线圈L中产生 .根据楞次定 律，感应电动势会 电流的增加.
较慢　
无　
有　
感应电动势　
阻碍　
3. 断电自感
（1）电路：如图所示.
（2）现象
断开开关的瞬间，灯泡A 变暗，有时灯泡A会 一下，然后 变暗.
逐渐　
闪亮　
逐渐　
（3）原理
断开开关的瞬间，电流从 到 ，线圈L中产生 .根据楞次定 律，感应电动势会 电流的减小.
有　
无　
感应电动势　
阻碍　
要点　归纳
1. 自感现象的规律
自感现象也是电磁感应现象，也符合楞次定律，可表述为自感电动势总要阻碍引起自 感的原电流的变化.
（1）当原电流增加时，自感电动势阻碍原电流的增加，方向与原电流方向相反.
（2）当原电流减小时，自感电动势阻碍原电流的减小，方向与原电流方向相同.
（3）自感电动势总要阻碍引起自感的原电流的变化，但阻碍不是阻止，只是变化得 慢了.
2. 自感现象的分析思路
（1）明确通过自感线圈的电流大小的变化情况（是增大还是减小）.
（2）根据“增反减同”，判断自感电动势的方向.
（3）分析阻碍的结果：当电流增强时，由于自感电动势的作用，线圈中的电流逐渐 增大，与线圈串联的元件中的电流也逐渐增大；当电流减小时，由于自感电动势的作 用，线圈中的电流逐渐减小，与线圈串联的元件中的电流也逐渐减小.
3. 通电自感和断电自感的比较
项目 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I1突然变大，然后逐渐减小达到稳定
断电时 电流逐渐减小，灯泡逐渐变 暗，电流方向不变 电路中稳定电流为I1、I2
①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗；
②若I2＞I1，灯泡闪亮一下后逐渐变暗；
两种情况灯泡电流方向均改变
研习　经典
D
A. 再次闭合开关S时，A1先亮，A2后亮
B. 再次闭合开关S时，A1和A2同时亮
C. 再次闭合开关S，待电路稳定后，重新断开开关S，
A2立刻熄灭，A1过一会儿熄灭
D. 再次闭合开关S，待电路稳定后，重新断开开关S，
A1和A2都要过一会儿才熄灭
解析：再次闭合开关S时，滑动变阻器R不产生感应电动势，灯泡A2立刻正常发光， 线圈的电流增大，产生自感电动势，根据楞次定律得知，感应电动势阻碍电流的增 大，使得电流逐渐增大，A1灯逐渐亮起来，故A、B错误；再次闭合开关S，待电路稳 定后，重新断开开关S，由于L产生自感，A1和A2与L、R构成一个闭合自感回路，A1 和A2都要过一会儿才熄灭，故C错误，D正确.
名师点评
　　自感现象也是一种电磁感应现象，线圈产生的自感电动势通过阻碍电流的变化来 阻碍磁通量的变化，所以电流会慢慢地增大，也会慢慢地减小.
对应　训练
D
解析：当开关断开时，灯泡中原来的电流I1立即消失，但是L由于自感要阻碍自身电 流的减小，L中的电流由I2逐渐减小，由于L与灯泡组成回路，L中的电流要经过灯 泡，所以灯泡中的电流突然变为I2且为反方向，然后逐渐减小到0，由于规定通过灯 泡的电流向右为正，所以此时流过灯泡的电流方向为负.故选D.
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研习任务三　自感系数、自感现象中的能量转化
教材　认知
2. 自感系数
自感系数与线圈的 、 、 ，以及是否有 等因 素有关.
电流的变化率　
自感系数
亨利　
H　
大小　
形状　
匝数　
铁芯　
3. 自感现象中的磁场能量
（1）线圈中的电流从无到有，其中的磁场也是从无到有，电源把能量输送给 ，
储存在 中.
（2）开关断开，线圈中的电流并未立即消失，线圈中有电流，有电流就有 ，能量储存在磁场中.线圈中电流减小时，磁场中的 释放出来转化为电能.
4. 电的“惯性”：自感电动势有阻碍线圈中 的“惯性”.
磁场
磁场　
磁场
能量　
电流变化　
知识　构建
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课后提素养 深刻剖析 提升能力
基础　题组
1. 判断正误.
×
×
×
√
√
A. 对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感系数也较大
B. 线圈中产生的自感电动势较大的其自感系数一定较大
C. 感应电流方向不一定和原电流方向相反
D. 对于同一线圈，电流变化越快，线圈中的自感电动势越大
解析：自感系数是由线圈本身的特性决定的，与自感电动势的大小、电流变化快慢无 关，A、B错误.根据楞次定律可知，当原电流增大时，感应电流与原电流方向相反； 当原电流减小时，感应电流与原电流方向相同，C正确.根据法拉第电磁感应定律， 电流变化越快时，磁通量变化越快，自感系数不变，自感电动势越大，D正确.
CD
A. 电感一定时，电流变化越大，自感电动势越大
B. 电感一定时，电流变化越快，自感电动势越大
C. 通过线圈的电流为零的瞬间，自感电动势为零
D. 通过线圈的电流为最大值的瞬间，自感电动势最大
B
中档　题组
A. 图1中，A1与L1的电阻值相同
B. 图1中，闭合S1，电路稳定后，A1中电流大于L1中电流
C. 图2中，变阻器R与L2的电阻值相同
D. 图2中，闭合S2瞬间，L2中电流与变阻器R中电流相等
C
解析：在图1中断开S1瞬间，灯A1突然闪亮，说明断开S1前，L1中的电流大于A1中的 电流，故L1的阻值小于A1的阻值，A、B错误；在图2中，闭合S2瞬间，由于L2的自感 作用，通过L2的电流很小，D错误；闭合S2后，最终A2与A3亮度相同，说明两支路电 流相等，故R与L2的阻值相同，C正确.
A. S闭合瞬间，B先亮A后亮
B. S闭合瞬间，A先亮B后亮
C. 电路稳定后，在S断开瞬间，A闪亮一下，然后逐渐熄灭
D. 电路稳定后，在S断开瞬间，A、B都是熄灭状态
解析：闭合瞬间线圈相当于断路，二极管为正向电压，故电流可通过灯泡A、B，即 灯泡A、B同时亮，故选项A、B错误；因线圈直流电阻忽略不计，则当电路稳定后， 灯泡A被短路而熄灭，当开关S断开瞬间B立刻熄灭，线圈中的电流也不能反向通过二 极管，则灯泡A仍是熄灭的，故C错误，D正确.
D
A. 滑动变阻器R的阻值小于自感线圈L的直流电阻阻值
B. 滑动变阻器R的阻值大于自感线圈L的直流电阻阻值
C. 断开S，灯D2闪亮后逐渐熄灭，且电流方向与闭合S时一样
D. 断开S，灯D1逐渐熄灭，且电流方向与闭合S时相反
解析：两灯相同，最终D1比D2亮，可见D1支路的电阻小于D2支路的电阻，即知滑动 变阻器R的阻值小于自感线圈L的直流电阻阻值，故A正确，B错误；断开S，线圈中的 电流从原电流开始减小，灯D1、D2及线圈组成串联电路，由于D2断开前与线圈串 联，故D2从原电流减小，将逐渐熄灭，且电流方向与闭合S时相同，D1逐渐熄灭，且 电流方向与闭合S时相反，故C错误，D正确.
AD
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课时作业（八）
[基础训练]
A. 若A线圈中输入电流，B线圈中就会产生感应电动势
B. 只有A线圈中输入变化的电流，B线圈中才会产生感应电动势
C. A中电流越大，B中感应电动势越大
D. A中电流变化越快，B中感应电动势越大
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A. 当开关S突然闭合时，A灯泡马上亮，B灯泡逐渐亮
B. 当开关S突然闭合时，A、B灯泡均马上亮，之后B灯泡逐渐熄 灭，A灯泡变得更亮
C. 当开关S由闭合变为断开时，A灯泡逐渐熄灭，B灯泡闪亮之后再 熄灭
D. 当开关S由闭合变为断开时，A灯泡马上熄灭，B灯泡闪亮之后再 熄灭
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解析：刚闭合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直流电阻几乎为0，分流作用增大，B逐渐被短路直到熄灭，外电路总电阻 减小，总电流增大，A灯变得更亮，A错误，B正确；灯泡B与线圈L构成闭合回路， 所以稳定后再断开开关S后，流过L的电流会流到灯泡B，则灯泡B由暗变亮（闪一 下）再逐渐熄灭，灯泡A立即熄灭，C错误，D正确.
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A. RL＞RA
B. RL＜RA
C. 断开开关S的瞬间，小灯泡A中的电流方向为a→b
D. 断开开关S的瞬间，小灯泡A中的电流方向为b→a
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解析：稳定时，灯泡A与线圈L并联，故两者电压相等，通过线圈的电流为I1，通过小 灯泡的电流为I2，由于稳定后再断开开关S，小灯泡A闪亮一下，这是因为线圈L产生 的自感电动势阻碍磁通量减小，这时线圈L相当于电源，电流突然增大到原来线圈L的 电流I1，所以可以判断I1＞I2，结合欧姆定律可知，线圈L的电阻小于灯泡A的电阻，A 错误，B正确；在断开开关瞬间，线圈L中产生自感电动势，线圈L相当于电源，线圈 L右端为电源正极，此时灯泡中的电流为b→a，C错误，D正确.
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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互感现象
D. 无线充电基座可以对所有手机进行无线充电
C
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解析：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.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.无线充电过程主要利用互感现象来实现能量传递，故C正确.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.
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A. 当电路中的电流变化时，两股导线中产生的自感电动势相互抵消
B. 当电路中的电流变化时，两股导线中产生的感应电流相互抵消
C. 当电路中的电流变化时，电流的变化量相互抵消
D. 当电路中的电流变化时，两股导线中产生的磁通量相互抵消
解析：由于采用了双线绕法，两根平行导线中的电流反向，它们的磁场相互抵消.不 论导线中的电流如何变化，线圈中的磁通量始终为零，所以消除了自感现象的影响， 故选D.
D
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A. 产生电火花的回路只由导线与电池组成
B. 导线端向两个方向划动都能产生电火花
C. 锉刀采用什么材料制成对实验没有影响
D. 自感电动势的方向与导线端划动的方向无关
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解析：由图可知，产生电火花的回路由导线、锉刀与电池组成，故A错误；手执导线 的另一端，在锉刀上来回划动时产生的电火花，是由于电路时通时断，在回路中产生 自感电动势与导线运动的方向无关，即导线端向两个方向划动都能产生电火花，故B 正确；产生电火花的回路由导线、锉刀与电池组成，如果锉刀是绝缘体，则实验不能 完成，故C错误；自感电动势的方向与导线端划动的方向无关，故D正确.故选BD.
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A. 开关S闭合的瞬间电流计指针向右偏转
B. 开关S由闭合到断开的瞬间电流计指针向左偏转
C. B线圈中产生的感应电流是一种自感现象
D. 开关断开、闭合过程中的这种现象是一种互感现象
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解析：在闭合开关S时，根据右手螺旋定则可知，穿过线圈B的磁通量增大，且沿顺 时针方向，由楞次定律可得，感应电流盘旋而上，电流计指针将向右偏，故A正确； 开关S由闭合到断开的瞬间，根据右手螺旋定则可知，穿过线圈B的磁通量减小，且 沿顺时针方向，由楞次定律可得，感应电流盘旋而下，电流计指针将向左偏，故B正 确；B中产生的电流，是因为A中的电流变化时产生的变化磁场穿过B，在B中产生电 流，所以并不是自感现象，故C错误；开关断开、闭合过程中是由于A中的电流变化 时产生的变化磁场穿过B，在B中产生电流，所以是一种互感现象，故D正确.
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[能力提升]
A. 电源的电动势较小
B. 线圈的自感系数较大
C. 线圈电阻较大
D. 小灯泡电阻较大
解析：断电时，发生自感，线圈与灯泡构成回路，流过线圈的电流流过了灯泡，发生 闪亮的条件是原来流过线圈的电流大于流过灯泡的电流.所以未闪亮的原因是原来流 过线圈的电流小于流过灯泡的电流，即线圈电阻较大.
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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断开的瞬间， 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感应电动势，使线圏 中的电流从原来的2 A逐渐减小，方向不变，且同灯泡D构成回路，通过灯泡D的电流 和线圈L中的电流相等，也应该是从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.故选D.
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解析：闭合开关S瞬间，电流传感器中电流立即达到某一数值，然后线圈L中电流逐渐 增大，电路中总电流增大，外电压逐渐减小，所以通过电流传感器的电流逐渐减小， 电路稳定后，外电路电阻不变，外电压不变，通过电流传感器的电流不变；因为线圈 的直流电阻值大于灯泡D的阻值，稳定后，通过线圈的电流小于通过电流传感器的电 流.t＝t1时刻断开开关S，由于自感现象，原来通过线圈L的电流从左向右流过电流传 感器，逐渐减小.D图符合题中情况，D正确.
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A. 接通开关S，A立即变亮，最后A、B一样亮
B. 接通开关S，B逐渐变亮，最后A、B一样亮
C. 断开开关S，A、B都立刻熄灭
D. 断开开关S，A立刻熄灭，B逐渐熄灭
解析：接通开关S，电容器被充电，所以充电电流流过A立即变亮；电感线圈由于阻 碍电流增大，而产生自感电动势，B逐渐变亮，最后A、B一样亮，A、B正确，不符 合题意.断开开关S，电容器、线圈及灯泡B组成回路，电容器放电，线圈阻碍电流减 小而产生自感电动势，B逐渐熄灭，没有电流通过A灯泡，A立刻熄灭，C错误，符合 题意，D正确，不符合题意.
C
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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，仍有延时作用
D. 如果断开B线圈的开关S2，延时将变长
解析：当S1断开时，通过线圈B中的磁通量变小，从而出现感应电流，致使F中仍有磁 性，延迟一段时间才被释放.所以由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作 用，故A错误，B正确.若断开B线圈的开关S2，当S1断开，F中立即没有磁性，所以没 有延时功能，故C、D错误.故选B.
B
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