高中物理第四章电磁感应6互感和自感课件新人教版选修3_2-42张

(共42张PPT)
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互感和自感　
一、互感现象
二、自感现象
1.定义:一个线圈中的电流_____时,它所产生的_____
的磁场在它本身激发出感应电动势的现象,产生的电
动势叫做___________。
变化
变化
自感电动势
2.通电自感和断电自感:
较慢地亮起来
阻碍
逐渐变暗
阻碍
电路
现象
自感电动势
的作用
通电
自感
接通电源的瞬间,灯
泡A1_____________
_____电流的
增加
断电
自感
断开开关的瞬间,灯
泡A_________。有
时灯泡A会闪亮一
下,然后逐渐变暗
_____电流的
减小
3.自感系数:
(1)自感电动势的大小:E=______,其中L是线圈的自感系
数,简称自感或电感。
(2)单位:_____,符号:__。
常用的还有_____(mH)和微
亨(μH)。换算关系是:1
H=___
mH=___
μH。
(3)决定线圈自感系数大小的因素:线圈的大小、形
状、_____以及是否有_____等。
亨利
H
毫亨
103
106
圈数
铁芯
三、自感现象中的能量转化
1.自感现象中的磁场能量:
(1)线圈中电流从无到有时:磁场从无到有,电源的
_____输送给磁场,储存在磁场中。
(2)线圈中电流减小时:磁场中的_____释放出来转化为
电能。
能量
能量
2.电的“惯性”:
自感电动势有阻碍线圈中_________的“惯性”。
电流变化
【思考辨析】
(1)自感现象中,自感电动势的方向一定与引起自感的原电流的方向相反。
(　　)
(2)对确定线圈,电流变化越大,产生的自感电动势越大。
(　　)
(3)自感电动势总要阻碍引起自感的原电流的变化。
(　　)
提示:(1)×。自感现象也符合楞次定律,自感电动势总要阻碍引起自感的原电流的变化。当原电流减小时,自感电动势阻碍原电流的减小,与原电流的方向相同。
(2)×。自感电动势大小与电流变化率有关,与电流变化量无关。
(3)√。自感现象也是电磁感应现象,也符合楞次定律,自感电动势总要阻碍引起自感的原电流的变化。
一　自感现象的产生及规律
【典例】(多选)下列关于自感现象的论述中,正确的是
(　　)
A.线圈的自感系数跟线圈内电流的变化率成正比
B.当线圈中电流减弱时,自感电动势的方向与原电流方向相反
C.当线圈中电流增大时,自感电动势的方向与原电流方向相反
D.穿过线圈的磁通量的变化和线圈中电流的变化成正比
【正确解答】选C、D。线圈的自感系数是由线圈本身
性质决定的,与线圈的长度、匝数、线圈的横截面积、
铁芯的有无有关,而与线圈内电流强度的变化率无关,
故A错误;自感电动势的方向总是阻碍原来线圈中电流
的变化,即原来线圈中电流增大,自感电动势的方向与
原电流方向相反;线圈中电流减弱,自感电动势的方向
与原电流方向相同,故C正确,B错误。根据E=L
和
E=n
比较可知ΔФ∝ΔI,则D正确。
【核心归纳】
1.自感现象的产生:当线圈中的电流变化时,产生的磁场及穿过自身的磁通量随之变化,依据楞次定律,会在自身产生感应电动势,叫自感电动势。
2.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
止不住,只是变化得慢了。
3.自感电动势的大小也遵从法拉第电磁感应定律,表达
式为E=L
。
4.线圈作用:当线圈中的电流变化时,线圈相当于电源;当线圈中电流不变时,线圈相当于电阻或导线。
【过关训练】
1.(多选)线圈通以如图所示的随
时间变化的电流,则
(　　)
A.0～t1时间内线圈中的自感电动势最大
B.t1～t2时间内线圈中的自感电动势最大
C.t2～t3时间内线圈中的自感电动势最大
D.t1～t2时间内线圈中的自感电动势为零
【解析】选C、D。线圈中的自感电动势与通入的电流
的变化率成正比,即E∝
。根据图象分析:0～t1时间
内的电流变化率小于t2～t3时间内的电流变化率,A错
误,C正确;t1～t2时间内的电流变化率为零,自感电动
势为零,B错误,D正确。
2.一个线圈的电流在均匀增大,则这个线圈的
(　　)
A.自感系数也将均匀增大
B.自感电动势也将均匀增大
C.磁通量的变化率也将均匀增大
D.自感系数、自感电动势都不变
【解析】选D。自感系数是描述线圈本身特征的物理量,不随电流而变;电流均匀变化,则磁通量的变化率和自感电动势均不变,故D选项正确。
二　通电自感和断电自感
【典例】如图所示,电阻R的阻值和线圈自感系数L的值都较大,电感线圈的电阻不计,A、B是两只完全相同的灯泡,则下列说法正确的是
(　　)
A.当开关S闭合时,B比A先亮,然后A熄灭
B.当开关S闭合时,B比A先亮,然后B熄灭
C.当电路稳定后开关S断开时,A立刻熄灭,B逐渐熄灭
D.当电路稳定后开关S断开时,B立刻熄灭,A闪一下后再逐渐熄灭
【解题探究】
(1)当开关S闭合时,有电流通过L吗?
提示:线圈自感系数较大,所以通电瞬间自感电动势阻碍作用很大,相当于断路。
(2)电路稳定后,有电流通过L吗?
提示:当电路稳定后,线圈的电阻不计,通过L
的电流为通过R和灯泡B的总电流。
(3)电路稳定后开关S断开时,通过L的电流为零吗?
提示:电路稳定后开关S断开的瞬间,通过L的电流为通过R和灯泡B的总电流,但逐渐减小。
【正确解答】选D。当开关S闭合时,由于电阻R的阻值和线圈自感系数L的值都较大,通过L和R的电流很小,相当于断路A、B两灯一起亮,稳定后A灯被线圈L短路后熄灭,选项A、B错误;当电路稳定后开关S断开时,B立刻熄灭,因为线圈L中会产生自感电动势,阻碍本身电流的减小,此电流会通过A灯形成回路,所以A闪一下后再逐渐熄灭,选项D正确,C错误。
【核心归纳】
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
与线圈串联的灯泡
与线圈并联的灯泡
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
【特别提醒】
(1)分清两种演示电路,演示通电自感时,线圈和灯泡串联,演示断电自感时,线圈和灯泡并联。
(2)断电时,线圈相当于电源,若能找到回路则电流继续沿线圈原来的电流方向流动,逐渐减小直至消失。
【过关训练】
1.【拓展延伸】若【典例】中线圈的电阻L比灯泡A的电阻大,断开开关S后,灯泡A是否闪亮一下,再逐渐熄灭?
【解析】线圈L与灯泡A并联,正常发光时因线圈的电阻L比灯泡A的电阻大,线圈L中的电流比灯泡A中的电流小。断开开关S后,它们组成的回路中的电流自线圈L原来的电流开始逐渐减小,不会再比灯泡A中原来的电流大,因此灯泡A不会更亮一下,再逐渐熄灭。
答案:灯泡A不会闪亮一下,再逐渐熄灭
2.如图所示,A1和A2是完全相同的两只灯泡,线圈L的电阻可以忽略,下列说法正确的是
A.闭合开关S瞬间,A1和A2同时亮
B.闭合开关S瞬间,A2先亮,A1后亮
C.断开开关S瞬间,A2先熄灭,A1后熄灭
D.断开开关S瞬间,A1先熄灭,A2后熄灭
【解析】选B。合上开关S接通电路,A2立即亮,线圈对电流的增大有阻碍作用,所以通过A1的电流慢慢变大,最后两灯泡的电压一样大,所以一样亮,故A错误,B正确;断开开关S切断电路时,线圈对电流的减小有阻碍作用,所以通过A1的电流会慢慢变小,并且通过A2,所以两灯泡过一会儿一起熄灭,故C、D错误。所以选B。
3.(多选)如图所示,L是自感系数很大的线圈,直流电阻几乎为零,A和B是两个相同的小灯泡。下列说法中正确的是
(　　)
A.开关S断开瞬间,A、B灯均闪亮后再熄灭
B.开关S断开瞬间,A灯立即熄灭,B灯亮一下再熄灭
C.开关S闭合瞬间A灯立即亮起来;最后A、B两灯一样亮
D.开关S闭合瞬间A、B两灯一样亮;后来A灯变得更亮,B灯逐渐熄灭
【解析】选B、D。开关S断开瞬间,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,灯泡B由暗变亮
再逐渐熄灭,灯泡A立即熄灭。故A错误,B正确;刚闭合
S时,电源的电压同时加到两灯上,A、B同时亮,且由于
电感L自感系数很大,几乎没有电流流过,A、B电流相等,
一样亮;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,B逐渐被短路直到熄灭,外电路总电阻减小,总电流增大,A灯更亮。故C错误,D正确。故选B、D。
【拓展例题】考查内容:自感现象的图象问题
【典例】如图所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,电感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
(　　)
【正确解答】选B。闭合开关S后,灯泡D直接发光,电感L的电流逐渐增大,电路中的总电流也将逐渐增大,电源内电压增大,则路端电压UAB逐渐减小;断开开关S后,灯泡D中原来的电流突然消失,电感L中的电流通过灯泡形成的闭合回路逐渐减小,所以灯泡D中电流将反向,并逐渐减小为零,即UAB反向逐渐减小为零,所以选项B正确。