2020版高中物理 第四章 电磁感应 6 互感和自感课件 新人教版选修3-2

6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: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_____电流的减小较慢地亮起来阻碍逐渐变暗阻碍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:1H=___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103106圈数铁芯ILt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()世纪金榜导学号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。ItФt【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。It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。It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()世纪金榜导学号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、I2①若I2≤I1,灯泡逐渐变暗②若I2I1,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,下列说法正确的是世纪金榜导学号()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。