人教版高中物理选择性必修第二册第二章电磁感应2-4互感和自感课件

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第二章　电磁感应4 互感和自感知识点一 　互感现象1.如图所示,A、B线圈绕在同一个铁芯上,当开关S闭合、断开时,线圈B中是否有感应电流?答案:开关S闭合时,A中电流从无到有,磁场从无到有,穿过B线圈的磁通量变化,由楞次定律知,B中产生感应电流;同理,开关S断开时,B中也会产生感应电流.2.互感和互感电动势.两个相互靠近的线圈,当一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生 .这种现象叫作互感,这种感应电动势叫作 .3.互感现象的应用和危害.(1)应用:利用互感现象可以把 由一个线圈传递到另一个线圈,变压器就是利用 制成的.(2)危害:互感现象能发生在任何两个相互 的电路之间.在电力工程和电子电路中,互感现象有时会影响电路正常工作,这时要设法 电路间的互感.感应电动势互感电动势能量互感现象靠近减小知识点二　自感现象1.自感和自感电动势.当一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场在线圈本身激发出 .这种现象称为自感,由于自感而产生的感应电动势叫作 .感应电动势自感电动势2.城市里的无轨电车在行驶的过程中,车身颠簸较严重时,有可能使车顶上的电弓瞬间脱离电网线,这时可以看到电火花闪现.电火花产生的原因是什么?答案:车身颠簸较严重时,可使电弓瞬间离开电网.由于自感现象,电车内部的电动机的线圈会产生一个较大的瞬时自感电动势,由于这个电动势较大,电弓与电网之间的空气电离,产生放电现象.知识点三　自感系数 自感系数自感电感亨利H形状匝数知识点四　磁场的能量1.自感现象中的磁场能量.(1)开关闭合时:线圈中电流从无到有,磁场从无到有,电源的能量输送给 ,储存在 中.(2)开关断开时:线圈中电流减小但并未立即消失,磁场中的能量释放出来转化为电能.2.电流的“惯性”.当线圈刚刚接通电源的时候, 阻碍线圈中电流的增加;当电源断开的时候, 又阻碍线圈中电流的减小.线圈的 ,这个现象越明显, 能够体现电流的“惯性”.磁场磁场自感电动势自感电动势自感系数越大线圈1.互感现象是一种常见的电磁感应现象,它可以发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间.( )2.在实际生活中,互感现象都是有害的.( )3.电动机等设备中有匝数很多的线圈,当电路中的开关断开时,开关中的金属片之间可能产生电火花.( )4.线圈的自感系数与电流大小无关,与电流的变化率有关.( )5.自感电动势一定小于原来电路中的电源电动势.( )6.不同的线圈,电感大小一般不同.( )√×√××√探究一　互感现象法拉第发现电磁感应现象的实验中使用的线圈如图甲所示,两个线圈之间并没有用导线连接.图乙是实验的示意图.甲乙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?答案: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,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,另一个线圈L2中才产生感应电流.3.线圈L1、L2没有用导线连接,它们是如何完成能量传递的?答案:变化的电流通过L1产生变化的磁场,该过程将电能转化为磁场能储存在磁场中;变化的磁场穿过L2,在线圈L2中发生电磁感应现象,将磁场能转化为电能.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?答案: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L2中发生电磁感应现象,从而产生感应电动势.1.互感现象是一种常见的电磁感应现象,互感现象满足电磁感应的一般规律.2.应用:互感现象可以把能量由一个电路传到另一个电路.收音机的“磁性天线”、变压器都利用了互感现象.3.防止: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,这时要求设法减小电路间的互感.【典例1】在同一铁芯上绕着两个线圈A、B,单刀双掷开关原来接在点“1”,现把它从“1”扳向“2”,如图所示.在此过程中,电阻R上的电流方向 (　　)A.先由P→Q,再由Q→PB.先由Q→P,再由P→QC.始终由Q→PD.始终由P→Q解析: S从“1”扳开瞬间,线圈A中减小的电流产生向右减弱的磁场,则穿过线圈B的磁通量向右减小,由楞次定律和安培定则可知R上电流方向由Q→P;接触“2”的瞬间,线圈A中增大的电流产生向左增强的磁场,则穿过线圈B的磁通量向左增加,由楞次定律和安培定则可知,R上电流方向由Q→P.故正确答案为C.答案:C【典例2】(多选)下图是一种延时开关的原理图,当S1闭合时,电磁铁F将衔铁D吸下,C线路接通;当S1断开时,由于电磁感应,D将延迟一段时间才被释放.下列说法正确的是(　　)A.由于线圈A的电磁感应作用,才产生延时释放D的作用B.由于线圈B的电磁感应作用,才产生延时释放D的作用C.如果断开线圈B的开关S2,那么无延时作用D.如果断开线圈B的开关S2,那么延时将变长解析: S2断开时,线圈A中的磁场随开关S1的闭合而产生,随S1的断开而消失.当S2闭合时,S1闭合,线圈A产生的磁场穿过线圈B,S1断开,线圈B中的磁场变弱,线圈B中有感应电流,B中电流的磁场继续吸引D而起到延时的作用,所以选项A错误,选项B正确.若S2断开,则线圈B中不能产生感应电流而起不到延时作用,所以选项C正确,选项D错误.答案:BC探究二　对通电自感的理解如图所示,两个灯泡A1和A2的规格相同,A1与线圈L串联后接到电源上,A2与滑动变阻器R串联后接到电源上.先闭合开关S,调节电阻R,使两个灯泡的亮度相同,再调节滑动变阻器R1,使它们都正常发光,然后断开开关.1.实验进行之前,为什么要调节R使灯泡A1、A2的亮度相同?答案:为了便于观察实验时灯泡的亮度变化情况.2.重新闭合开关S后,观察两个灯泡的发光情况,会发现什么现象?发生这种现象的原因是什么?答案:现象:闭合开关S后,A2正常发光,A1慢慢变亮,最后和A2一样亮.原因:电路接通时,电流从无到有,穿过L的磁通量随之增加,在L中产生自感电动势阻碍磁通量(电流)的增加,推迟了电流达到正常值的时间,所以灯泡A1慢慢地亮起来.3.闭合开关S后,通过A1的感应电流的方向与原电流的方向有什么关系?产生的感应电动势在电路中起什么作用?为了使实验现象更加明显,线圈内一般要插入铁芯,为什么?答案:通过A1的感应电流的方向与原电流的方向相反,产生的感应电动势在电路中起阻碍电流增加的作用.插入铁芯是为了增大线圈的自感系数,使线圈对电流的阻碍作用更大.4.灯泡A1亮起的过程中,发生了怎样的能量转化?答案:当开关闭合时,线圈中的电流从无到有,磁场也是从无到有,这可以看作电源把能量输送给磁场,储存在磁场中.也就是电能转化为磁场能.1.对自感现象的理解.自感现象是一种电磁感应现象,遵守法拉第电磁感应定律和楞次定律.2.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,因而在线圈上产生感应电动势. 【典例3】如图所示,电路中电源内阻不能忽略,R为定值电阻,线圈L的自感系数很大,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熄灭B.B比A先亮,然后A逐渐变亮C.A、B一起亮,然后A熄灭D.A、B一起亮,然后B熄灭答案: B　解析:闭合开关的一瞬间,由于线圈中自感电动势的阻碍,B灯先亮,A灯后亮,然后A中电流逐渐增大,A灯逐渐变亮.选项B正确.对通电自感的理解(1)流过线圈的电流从0开始增大,也可理解为线圈的电阻由无穷大逐渐减小到0.(2)当流过线圈中的电流稳定后,线圈相当于导线;若线圈对电流有阻碍作用,则线圈相当于电阻.探究三 对断电自感的理解下图为演示断电自感的电路图,先闭合开关使灯泡发光,然后断开开关.1.开关断开时,灯泡A是否立即熄灭?为什么?答案:不会立即熄灭.因为开关断开时,A中由电源提供的电流瞬间变为0,而通过线圈L的电流减小,线圈中会产生自感电动势,线圈L与A构成闭合回路,线圈L对A进行供电,所以A不会立即熄灭.2.线圈L中感应电流的方向与原电流的方向相同还是相反?产生的感应电动势在电路中起什么作用?开关断开后,通过灯泡的电流与原来通过它的电流方向是否一致?答案:线圈L中感应电流的方向与原电流的方向相同.产生的感应电动势在电路中起阻碍电流减小的作用.原来通过灯泡A的电流方向从左向右,开关断开后,通过灯泡的感应电流从右向左,所以通过灯泡的感应电流与原来通过它的电流方向相反.3.开关断开后,通过灯泡的感应电流可能比原来的电流大吗?为什么?为了使实验的效果更明显,对线圈L应该有什么要求?答案:断开开关后,通过灯泡的电流有可能比原来大.因为当线圈的直流电阻小于灯泡的电阻时,闭合开关电路稳定时,通过线圈的电流比通过灯泡的电流大,此时断开开关,线圈中较大的电流反方向通过灯泡,会使灯泡闪亮后逐渐熄灭.要使实验效果更明显,应该选用直流电阻较小的线圈.4.灯泡慢慢熄灭的过程中,发生了什么能量转化?答案:开关断开以后,线圈中的电流并未立即消失,线圈中储存的磁场能转化为电能.1.自感现象中,灯泡亮度变化的问题.2.电阻和电感在电路中的区别.【典例4】(2021·广东东莞)物理课上,卢老师做了一个奇妙的“自感现象”实验.他按图连接电路后,先闭合开关S,电路稳定后小灯泡A正常发光,然后断开开关S,同学们发现小灯泡A闪亮一下再熄灭.已知自感线圈L的直流电阻为RL,小灯泡A正常发光时电阻为RA.下列说法正确的是(　　)A.RL≥RAB.RL≤RAC.断开开关S后的瞬间,小灯泡A中的电流方向为a→bD.断开开关S后的瞬间,小灯泡A中的电流方向为b→a解析:电路稳定时,小灯泡和线圈并联,两者电压相同,然后断开开关S,同学们发现小灯泡A闪亮一下再熄灭,可知线圈电流大于小灯泡电流,根据欧姆定律可知,线圈电阻小于小灯泡电阻,故选项A、B错误;电路稳定时,小灯泡中电流方向为a→b,断开开关后,线圈产生自感电动势,线圈中电流不会突变,小灯泡中电流发生突变,小灯泡和线圈组成闭合回路,线圈中的电流流入小灯泡,因此小灯泡中的电流方向为b→a,故选项C错误,选项D正确.答案:D课堂评价1.下列关于互感现象的说法错误的是 (　　)A.一个线圈中的电流变化时,与之靠近的线圈中产生感应电动势的现象称为互感现象B.互感现象的实质是电磁感应现象,同样遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律C.利用互感现象能够将能量由一个线圈传递到另一个线圈,由此人们制造了收音机的“磁性天线”D.互感现象在电力工程以及电子电路中不会影响电路的正常工作答案:D解析:两个相互靠近的线圈,当一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场在另一个线圈中产生感应电动势的现象称为互感现象,之所以会在另一个线圈中产生感应电动势,是因为变化的电流产生变化的磁场,引起穿过另一个线圈的磁通量变化,发生电磁感应现象,选项A、B说法正确.收音机的“磁性天线”是利用互感的原理将能量由一个线圈传递到另一个线圈制成的,选项C说法正确.互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间,会影响电路的正常工作,选项D说法错误.2.下图是测定自感系数很大的线圈L的直流电阻的电路图,L两端并联一只电压表,用来测量自感线圈的直流电压,在测量完毕后,在整理器材时应 (　　)A.先断开S1 B.先断开S2C.先拆除电流表 D.先拆除电阻答案:B解析:S1断开瞬间,L中产生很大的自感电动势,若此时S2闭合,则可能将电压表烧坏,故应先断开S2,又因不能在电路闭合时拆除电路中的元件,故选项B正确.3.(多选)如图所示,电源的电动势为E,内阻r忽略不计.A、B是两个相同的小灯泡,L是一个自感系数相当大的线圈.下列说法正确的是(　　)A.从开关闭合到电路中电流稳定的时间内,A灯立刻亮,且亮度保持稳定B.从开关闭合到电路中电流稳定的时间内,B灯立刻亮,且亮度保持稳定C.开关断开后瞬间,A灯闪亮一下再熄灭D.开关断开后瞬间,电流自右向左通过A灯答案:AD解析:开关闭合瞬间,A灯立刻亮,因为电源没有内阻,所以A灯两端的电压保持不变,灯泡亮度稳定,故选项A正确.因为L是一个自感系数相当大的线圈,所以开关闭合瞬间B灯不亮,然后逐渐变亮,最后亮度稳定,故选项B错误.两个灯泡电阻一样,若L没有电阻,则开关断开前后A灯中的电流相同,不会闪亮;若L有电阻,则稳定时通过B的电流小于通过A的电流,A不会闪亮一下,故选项C错误.开关断开后瞬间,L产生感应电流,在回路中通过A灯的电流方向为从右向左,故选项D正确.4.(2022·广东佛山二模)安装在公路上的测速装置如图所示,在路面下方间隔一定距离埋设有两个通电线圈,线圈与检测抓拍装置相连,车辆从线圈上面通过时线圈中会产生脉冲感应电流,检测装置根据两个线圈产生的脉冲信号的时间差计算出车速大小,从而对超速车辆进行抓拍.下列说法正确的是 (　　)A.汽车经过线圈上方时,两线圈产生的脉冲电流信号时间差越长,车速越大B.汽车经过通电线圈上方时,汽车底盘的金属部件中会产生感应电流C.当汽车从线圈上方匀速通过时,线圈中不会产生感应电流D.当汽车从线圈上方经过时,线圈中产生感应电流属于自感现象解析:汽车经过线圈上方时产生脉冲电流信号,车速越大,汽车通过两线圈间的距离所用的时间越小,即两线圈产生的脉冲电流信号时间差越小,故选项A错误;汽车经过通电线圈上方时,汽车底盘的金属部件通过线圈所产生的磁场,金属部件中的磁通量发生变化,在金属部件中产生感应电流,金属部件中的感应电流产生磁场,此磁场随汽车的运动,使穿过线圈的磁通量变化,所以线圈中会产生感应电流,故选项B正确,选项C错误;当汽车从线圈上方经过时,线圈中产生的感应电流并不是线圈自身的电流变化所引起的,则不属于自感现象,故选项D错误.答案:B情境　无线电力传输目前取得重大突破.一种非接触式电源供应系统基于电磁感应原理可无线传输电力.两个感应线圈放置在左右相邻或上下相对的位置,原理示意图如图所示.新高考 新考向问题　(多选)下列说法正确的是 (　　)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中感应电动势越大解析:根据产生感应电动势的条件,只有处于变化的磁场中,B线圈才能产生感应电动势,选项A错误,选项B正确.根据法拉第电磁感应定律,感应电动势的大小取决于磁通量的变化率,所以选项C错误,选项D正确.答案:BD科学思维——用图像法处理自感现象1.解题关键.弄清电路的结构和电路的初始状态,其中通电、断电的瞬间是解决问题的关键.2.解题思路.(1)搞清楚研究的是什么元件上的电压(电流)随时间的变化关系;(2)根据线圈的自感电动势引起的感应电流的方向与原来电流的方向是相同还是相反,以及大小如何变化等因素来确定图像信息.3.注意问题.(1)通过自感线圈中的电流不能发生突变,即通电过程中,电流逐渐变大,断电过程中,电流逐渐变小.断电时线圈可等效为“电源”,该“电源”与其他电路元件形成回路.(2)元件两端的电势差有正负之分,根据流过元件的电流方向确定电势差的正负.【典例】如图所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,线圈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时刻断开开关S.选项中表示A、B两点间电势差UAB随时间t变化的图像正确的是(　)ABCD解析:开关S闭合的瞬间,由于L的阻碍作用,由R与L组成的支路相当于断路,L的阻碍作用不断减小,相当于外电路并联部分的电阻不断减小,根据闭合电路欧姆定律可知,整个电路中的总电流增大,由U内=Ir得内电压增大,由UAB=E-Ir得UAB减小.电路稳定后,由于R的阻值大于灯泡D的阻值,流过L的电流小于流过灯泡D的电流.当开关S断开时,由于L的自感作用,流过灯泡D的电流立即与L中电流相等,但方向与灯泡原来的电流方向相反,该电流逐渐减小,即UAB反向减小,选项B正确.答案:B