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 42页

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 A 1 _____________ _____ 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 :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 10 3 10 6 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 ∝ Δ I, 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 ～ t 1 时间内线圈中的自感电动势最大 B.t 1 ～ t 2 时间内线圈中的自感电动势最大 C.t 2 ～ t 3 时间内线圈中的自感电动势最大 D.t 1 ～ t 2 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 ～ t 1 时间 内的电流变化率小于 t 2 ～ t 3 时间内的电流变化率 ,A 错 误 ,C 正确 ;t 1 ～ t 2 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 I 1 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 I 1 、 I 2 ① 若 I 2 ≤I 1 , 灯泡逐渐变暗 ②若 I 2 >I 1 , 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 ,A 1 和 A 2 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 ,A 1 和 A 2 同时亮 B. 闭合开关 S 瞬间 ,A 2 先亮 ,A 1 后亮 C. 断开开关 S 瞬间 ,A 2 先熄灭 ,A 1 后熄灭 D. 断开开关 S 瞬间 ,A 1 先熄灭 ,A 2 后熄灭 【 解析 】 选 B 。合上开关 S 接通电路 ,A 2 立即亮 , 线圈对电流的增大有阻碍作用 , 所以通过 A 1 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 A 1 的电流会慢慢变小 , 并且通过 A 2 , 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=t 1 时刻断开 S 。下列表示 A 、 B 两点间电压 U AB 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 U AB 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 U AB 反向逐渐减小为零 , 所以选项 B 正确。