第六节 互感和自感

第4章第六节互感和自感课标定位学习目标：1.知道什么是互感现象和自感现象．2．知道互感现象和自感现象的利和弊，以及对它们的利用和防止．3．了解自感系数和自感电动势公式，知道自感系数的意义和决定因素及单位．重点难点：1.自感现象的应用．2．自感现象及自感系数、自感电动势的理解．核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练第六节互感和自感课前自主学案课前自主学案一、互感现象1．互感：两个相互靠近的线圈，当一个线圈中的电流_____时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生_____________的现象．2．互感电动势：_____现象中产生的电动势．3．互感的应用：利用互感现象可以把_____由一个线圈传递到另一个线圈．如变压器、收音机的“磁性天线”.变化感应电动势互感电能二、自感现象1．自感：当一个线圈中的电流_____时，在本身激发出___________的现象．2．自感电动势：由于_____电流变化而产生的电动势.3．自感电动势对电流的作用：电流增加时，感应电动势_____电流的增加，自感电动势与原电流方向_____；电流减小时，自感电动势_____电流的减小，自感电动势与原电流方向_____．变化感应电动势自身阻碍相反阻碍相同三、自感系数1．自感电动势的大小：E＝______，其中L是自感系数，简称自感或电感．单位：_____，符号___.2．自感系数的大小决定因素：自感系数与线圈的_____、_____、_____，以及是否有铁芯等因素有关．亨利H匝数大小形状LΔIΔt科目三考试实际道路考试技巧、视频教程科目四考试科目四仿真考试四、磁场的能量自感现象中，线圈中电流从无到有，磁场从无到有时，电源把能量输送给_____，储存在_____中，电流减小时，磁场中的能量释放出来转换为电能.线圈磁场核心要点突破一、对自感电动势的理解及自感现象的分析思路1．对自感电动势的理解(1)产生原因通过线圈的电流发生变化，导致穿过线圈的磁通量发生变化，因而在原线圈上产生感应电动势．(2)自感电动势的方向当原电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反；当原电流减小时，自感电动势方向与原电流方向相同(增反减同)．(3)自感电动势的作用阻碍原电流的变化，而不是阻止，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．2．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，使得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．自感现象的分析思路(1)明确通过自感线圈的电流怎样变化(是增大还是减小)．(2)判断自感电动势方向，电流增强时(如通电)，自感电动势方向与原电流方向相反；电流减小时(如断电)，自感电动势与原电流方向相同．(3)分析电流变化情况，电流增强时(如通电)，由于自感电动势方向与原电流方向相反，阻碍增加，电流逐渐增大；电流减小时(如断电)，由于自感电动势方向与原电流方向相同，阻碍减小，线圈中电流方向不变，电流逐渐减小．即时应用(即时突破，小试牛刀)1．(2010年高考海南卷)下列说法正确的是()A．当线圈中电流不变时，线圈中没有自感电动势B．当线圈中电流反向时，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相反C．当线圈中电流增大时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反D．当线圈中电流减小时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反解析：选AC.由法拉第电磁感应定律可知，当线圈中的电流不变时，不产生自感电动势，A对；当线圈中的电流反向时，相当于电流减小，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相同，B错；当线圈中的电流增大时，自感电动势阻碍电流的增大，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反，所以选项C正确，同理可知选项D错误.二、通、断电自感中，灯泡亮度变化的分析1.在通电自感中，并联的两个灯泡不同时亮起如图4－6－1所示的电路，两灯泡规格相同，接通开关后调节电阻R，使两个灯泡亮度相同，然后断开电路，再次接通的瞬间．图4－6－1条件现象原因S闭合的瞬间A2先亮由于A2支路为纯电阻不产生自感现象A1逐渐亮起由于L的自感作用阻碍A1支路电流增大2.在断电自感中，灯泡的亮度变化自感电动势(的方向)总是要阻碍引起自感的电流的变化，就好像感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化一样．自感电动势阻碍的对象是“电流的变化”，而不是电流本身．图4－6－2如图4－6－2所示，当电流处于稳定状态时，流过L的电流为I1＝Er(电源内阻不计)，方向由a→b；流过灯泡A的电流I2＝ER.断开S的瞬间，I2立即消失，而由于线圈的自感，I1不会马上消失，线圈总力图维持I1的存在，所以线圈上产生一个b端为正、a端为负的自感电动势，与灯泡组成abcd回路，由此流过A的电流由大小I2变成I1，方向由d→c变成c→d.可见通过A的电流大小与方向都发生了变化．至于灯泡中的电流是突然变大还是变小(也就是说灯泡是否突然变得更亮一下)，就取决于I2与I1谁大谁小,也就是取决于R和r谁大谁小．在图4－6－2中，(1)如果Rr，就有I1I2，灯泡会先更亮一下才熄灭.(2)如果R＝r，灯泡会由原亮度渐渐熄灭．(3)如果Rr，灯泡会先立即暗一些，然后渐渐熄灭.产生自感电动势的效果体现为线圈中电流在原来电流值基础上逐渐减小，而不是电动势与线圈两端电压相等，自感电动势可以超出线圈两端原电压．即时应用(即时突破，小试牛刀)2．在如图4－6－3所示的电路中，a、b为两个完全相同的灯泡，L为自感线圈，E为电源，S为开关．关于两灯泡点亮和熄灭的先后次序，下列说法正确的是()A．合上开关，a先亮，b后亮；断开开关，a、b同时熄灭B．合上开关，b先亮，a后亮；断开开关，a先熄灭，b后熄灭图4－6－3C．合上开关，b先亮，a后亮；断开开关，a、b亮一会再同时熄灭D．合上开关，a、b同时亮；断开开关，b先熄灭，a后熄灭解析：选C.由于L是自感线圈，当合上S时，自感线圈L将产生自感电动势，阻碍电流的的流过，故有b灯先亮，而a灯后亮．当S断开时，a、b组成回路，L产生自感电动势阻碍电流的减弱，由此可知，a、b亮一会儿再同时熄灭，故选项C正确．如图4－6－4所示中灯LA、LB完全相同，带铁芯的线圈L的电阻可忽略．则()A．S闭合的瞬间，LA、LB同时发光，接着LA变暗，LB更亮，最后LA熄灭B．S闭合瞬间，LA不亮，LB立即亮C．S闭合瞬间，LA、LB都不立即亮D．稳定后再断开S的瞬间，LB熄灭，LA比LB(原先亮度)更亮课堂互动讲练通电自感现象的分析例1图4－6－4【精讲精析】S接通的瞬间，L支路中电流从无到有发生变化，因此，L中产生的自感电动势阻碍电流增加．由于有铁芯，自感系数较大，对电流的阻碍作用也就很强，所以S接通的瞬间L中的电流非常小，即干路中的电流几乎全部流过LA.所以LA、LB会同时亮．又由于L中电流很快稳定，感应电动势很快消失，L的阻值很快就变得很小，对LA起到“短路”作用，因此，LA便熄灭．这里电路的总电阻比刚接通时小,由恒定电流知识可知，LB会比以前更亮．【答案】A【规律总结】在分析自感现象时要抓住两点：一是线圈在电路中的位置、结构；二是电路中原有电流的变化规律，如电流方向、电流突然变化的情况等．变式训练1如图4－6－5所示，电路中电源内阻不能忽略，R阻值和L的自感系数都很大，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()A．A比B先亮，然后A灭B．B比A先亮，然后B逐渐变暗C．A、B一起亮，然后A灭D．A、B一起亮，然后B灭图4－6－5解析：选B.S闭合时，由于与A灯串联的线圈L的自感系数很大，故在线圈上产生很大的自感电动势，阻碍电流的增大，所以B比A先亮，故A、C、D错.稳定后，由于与B灯接的电阻很大，流过B灯支路的电流很小，所以B灯逐渐变暗，故B正确．图4－6－6甲、乙电路中，电阻R和自感线圈L的电阻都很小，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则()断电自感现象的分析例2图4－6－6A．在电路甲中，断开S，A将渐渐变暗B．在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗C．在电路乙中，断开S，A将渐渐变暗D．在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗【思路点拨】断电自感，要注意抓住“电流”的变化情况来分析灯泡是否突然变亮．【精讲精析】电阻R和自感线圈L的电阻都很小，图4－6－7中，闭合S时，I1I2，断开S后，I2＝0，由于自感线圈的存在，阻碍灯泡中的电流I1变小，但I1仍继续变小，并通过R形成回路，所以甲图中灯泡是渐渐变暗．图4－6－8中，同理I1′I2′，断开S后，通过灯泡的电流在I1′的基础上变小，所以乙图中灯泡会突然亮一下，然后渐渐变暗．图4－6－7图4－6－8【答案】AD【误区警示】断电自感中最容易判断失误的就是一看是断电自感，便错误地认为灯泡会突然变亮．实际上，在断电自感现象中，灯泡是否突然变亮，取决于通过它的电流是否突然变大，要根据题意，分析电路中电流的大小．变式训练2在图4－6－9所示电路中，L为电阻很小的线圈，G1和G2为零点在表盘中央的相同的电流表．当开关S闭合时，电流表G1指针偏向右方，那么当开关S断开时，将出现的现象是()图4－6－9A．G1和G2指针都立即回到零点B．G1指针立即回到零点，而G2指针缓慢地回到零点C．G1指针缓慢回到零点，而G2指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点D．G1指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点,而G2指针缓慢地回到零点解析：选D.电流表指针的偏转方向与电流的流向有关．根据题意，电流自右向左时，指针向右偏．那么，电流自左向右时，指针应向左偏．当开关S断开瞬间，G1中电流立即消失，而L由于自感作用，电流不能立即消失，电流沿L、G2、G1的方向在由它们组成的闭合回路中继续维持一个短暂时间，即G2中的电流按原方向自右向左逐渐减为零，而G1中的电流和原方向相反，变为自左向右，和G2中的电流同时减为零；也就是G1指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点，而G2指针缓慢地回到零点，故D项正确．(2010年高考江苏卷)如图4－6－10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()自感现象中的图象问题例3图4－6－10图4－6－11【自主解答】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．【答案】B【规律总结】通电时，线圈中的电流逐渐增大到稳定值，断电时，线圈中的电流方向不变，电流逐渐减小．变式训练3在如图4－6－12所示的电路中，S闭合时流过电感线圈的电流是2A，流过灯泡的电流是1A，将S突然断开，则S断开前后，能正确反映流过灯泡的电流I随时间t变化的图线是图4－6－13中的()图4－6－12图4－6－13解析：选D.S断开后，线圈产生自感电动势与灯泡构成回路，自感线圈中电流由2A逐渐减小为零，灯泡电流反向并由2A逐渐减小为零，故D对．