新教材适用2023_2024学年高中物理第2章电磁感应4互感和自感课件新人教版选择性必修第二册

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第二章　电磁感应4．互感和自感目标体系构建 1．了解互感现象及互感现象的应用。2．了解自感现象，认识自感电动势的作用。3．知道自感系数的意义和决定因素。会分析自感现象中电流的变化。 1．物理观念：知道互感现象与自感现象是磁场能变化的一种表现；知道互感现象与自感现象的防止和应用。2．科学思维：会从法拉第电磁感应定律的视角认识自感现象，了解自感系数，体会推理分析的科学思维方法。3．科学探究：通过实验了解互感与自感现象，会用自感与互感解释简单的电磁现象。4．科学态度与责任：通过本节课的探究活动，培养学生参与科学探究活动的热情和实事求是的科学素养。课前预习反馈 1．互感互不相连的并相互靠近的两个线圈，当一个线圈的电流变化时，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。2．互感电动势互感现象中的电动势叫__________________。感应电动势互感电动势3．互感的应用和危害(1)互感现象可以把能量由一个线圈传递到另_______________。变压器就是利用互感现象制成的。(2)在电力工程和电子电路中，_______________有时会影响电路的正常工作，这时要设法减小电路间的互感。一个线圈互感现象『判一判』(1)互感现象属于电磁感应现象。(　 　)(2)手机无线充电是互感现象在生活中的应用。(　 　)√√『选一选』在无线电仪器中，常需要在距离较近的地方安装两个线圈，并要求当一个线圈中有电流变化时，对另一个线圈中的电流影响尽量小，则下图中两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是(　 　)解析：某一个线圈的磁场通过另一个线圈的磁场的变化率越小，影响则越小，欲使两线圈由于互感的影响尽量小，应放置成D选项的情形，这样线圈内的磁场是垂直的关系，D选项正确。D1．自感现象一个线圈中的电流_________时，它所产生的_________的磁场在它本身激发出感应电动势的现象，产生的电动势叫作________________。变化变化自感电动势亮起来增大变暗减小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：______。常用的还有毫亨(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H103106匝数铁芯『判一判』(3)当线圈中电流不变时，线圈中没有自感电动势。(　 　)(4)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。(　 　)(5)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方向相反。(　 　)(7)线圈的自感系数的大小与线圈中通入电流的大小有关。(　 　)√×√×『想一想』无轨电车在行驶的过程中，由于车身颠簸，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。请说说电火花产生的原因是什么？解析：电弓脱离电网线的瞬间电流减小，所产生的自感电动势很大，在电弓与电网线的空隙产生电火花。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，电源把能量输送给_________，储存在_________中。(2)线圈中电流减小时，_________中的能量释放出来转化为电能。2．电的“惯性”自感电动势有阻碍线圈中_______________的“惯性”。磁场磁场磁场电流变化『选一选』(多选)手机无线充电是比较新颖的充电方式。如图所示，电磁感应式无线充电的原理与变压器类似，通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量。当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后，就会在邻近的受电线圈中感应出电流，最终实现为手机电池充电。在充电过程中(　 　)ACA．送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化B．受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变C．送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递D．手机和基座无需导线连接，这样传递能量没有损失解析：由于送电线圈输入的是正弦式交变电流，是周期性变化的，因此产生的磁场也是周期性变化的，A正确，B错误；根据变压器原理，原、副线圈是通过互感现象实现能量传递，因此送电线圈和受电线圈也是通过互感现象实现能量传递，C正确；手机与机座无需导线连接就能实现充电，但磁场能有一部分以电磁波辐射的形式损失掉，因此这样传递能量是有能量损失的，D错误。故选AC。课内互动探究探究互感现象情|境|导|入在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，当一个线圈中的电流变化时，在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？提示：互感现象。要|点|提|炼1.互感现象是一种常见的电磁感应现象，它不仅发生在绕在同一铁芯上的两个线圈之间，还可以发生在任何两个相互靠近的电路之间。2．利用互感现象可以把能量由一个电路传递到另一个电路。下一章将要学习的变压器就是利用互感现象制成的。3．处理方法：可利用楞次定律、安培定则及左手定则分析某个线圈中感应电流的方向及受力方向，还可从能量角度分析。典|例|剖|析 如图甲所示，A、B两绝缘金属环套在同一铁芯上，A环中电流iA随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法中正确的是(　 　)A．t1时刻，两环作用力最大B．t2和t3时刻，两环相互吸引C．t2时刻两环相互吸引，t3时刻两环相互排斥D．t3和t4时刻，两环相互吸引B思路引导：(1)A环中电流变化时，会在B环中产生感应电流。(2)根据两环中电流的方向，判断两环的受力情况。解析：t1时刻B中感应电流为零，故两环作用力为零，A错误；t2和t3时刻A环中电流在减小，则B环中产生与A环中同向的电流，故相互吸引，B正确，C错误；t4时刻A中电流为零，两环无相互作用，D错误。 (多选)如图所示，足够长的两条平行金属导轨竖直放置，其间有与导轨平面垂直的匀强磁场，两导轨通过导线与检流计G1、线圈M接在一起。N是绕在“□”形铁芯上的另一线圈，它与检流计G2组成闭合回路。现有一金属棒ab沿导轨由静止开始下滑，下滑过程中与导轨垂直且接触良好，在ab下滑的过程中(　 　)BCA．通过G1的电流是从左端进入的B．通过G2的电流是从右端进入的C．检流计G1的示数逐渐增大，达到最大值后恒定D．检流计G2的示数逐渐减小，最后趋于一不为零的恒值解析：金属棒ab沿导轨下滑，根据右手定则可知，在ab下滑的过程中，产生的感应电流方向由a到b，所以通过G1的电流是从右端进入的，A错误；金属棒ab开始时做加速运动，所以在线圈M中产生的磁场逐渐增大，变化的磁场通过另一线圈N，产生了感应电流，在线圈M中是向下且逐渐变大的磁场，根据楞次定律可知，在线圈N中感应电流产生的磁场向下，所以通过G2的电流是从右端进入的，B正确；由于金属棒ab开始时做加速运动，产生的感应电流逐渐变大，同时受到的安培力也在增大，安培力与重力平衡后，G1中的电流恒定，线圈M中的磁场不再变化，那么在线圈N中就不能产生感应电流，所以检流计G1的示数逐渐增大，最后达到最大值不变，检流计G2的示数逐渐减小，最后减为零，C正确，D错误。探究对自感现象的理解情|境|导|入如图所示，李辉在断开正在工作的电动机开关时，会产生电火花，这是为什么？提示：电动机中的线圈匝数很多，当电路开关断开时会产生很大的自感电动势，使得开关中的金属片之间产生电火花。要|点|提|炼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，自感电动势的方向与原电流方向相同(即：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，原电流仍在变化，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。3．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。典|例|剖|析 (多选)在如图所示的甲、乙两个电路中，电阻R和自感线圈L的直流电阻都很小，闭合开关S，使电路达到稳定，则(　 　)A．在电路甲中，断开开关S，灯泡A将逐渐变暗B．在电路甲中，断开开关S，灯泡A将先变得更亮，然后逐渐变暗C．在电路乙中，断开开关S，灯泡A将逐渐变暗D．在电路乙中，断开开关S，灯泡A将先变得更亮，然后逐渐变暗AD解析：在电路甲中，设通过线圈L的电流为IL1，通过A及R的电流为IA1和IR1，同理，设电路乙中通过L、A、R的电流分别为IL2、IA2、IR2。当断开开关S时，线圈L相当于电源，产生了自感电动势，在L、R、A回路中产生了自感电流，在电路甲中，自感电流从IL1逐渐减小，通过灯泡A的电流也从IL1逐渐减小，灯泡A将渐渐变暗；在电路乙中，自感电流从IL2逐渐减小，灯泡A的电流也从IL2逐渐减小，因为IL2＞IA2，所以灯泡A将先变得更亮，然后逐渐变暗。 (多选)如图所示，A、B是两个完全相同的灯泡，L是电阻为零的电感线圈，且自感系数很大。C是电容较大且不漏电的电容器，下列判断正确的是(　 　)A．S闭合时，A、B同时亮，A灯亮后逐渐熄灭，B灯逐渐变亮B．S闭合时，A灯、B灯同时亮，然后A灯变暗，B灯变得更亮C．S闭合，电路稳定后，S断开时，A灯突然亮一下，然后熄灭，B灯立即熄灭D．S闭合，电路稳定后，S断开时，A灯突然亮一下，然后熄灭，B灯逐渐熄灭AD解析：当S闭合时，通过自感线圈的电流逐渐增大而产生自感电动势，L相当于断路，C电容较大，电容器相当于短路，当电流稳定时，L短路，电容器C断路，故A灯先亮后灭，B灯逐渐变亮；当S断开时，灯泡A与自感线圈L组成了闭合回路，灯泡A中的电流先增大后减小至零，故闪亮一下熄灭，电容器C与灯泡B组成闭合回路，电容器放电，故灯泡B逐渐熄灭。自感现象的分析思路D解析：S断开后的瞬间L与R1构成闭合回路，流过电流表的电流反向且从I2开始减小，故D项正确。探究自感电动势的大小和自感系数情|境|导|入如图所示，让几位同学“串联”在电路中，L是自感系数较大的多匝线圈，电源只需1节干电池即可。闭合开关S前，学生的体验——“无感觉”；闭合开关S后，学生的体验——“无感觉”；断开开关S瞬间，同学突然受到电击——“迅速收回双手”。这是为什么呢？提示：断开开关S，线圈中电流迅速变小，线圈中产生很大的自感电动势以阻碍电路中原电流的减小，所以人会受到电击。2．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，电源把能量输送给磁场，储存在磁场中。(2)线圈中电流减小时：磁场中的能量释放出来转化为电能。典|例|剖|析 关于自感现象、自感系数、自感电动势，下列说法正确的是(　 　)A．当线圈中通恒定电流时，线圈中没有自感现象，线圈自感系数为零B．线圈中电流变化越快，线圈中的自感系数越大C．自感电动势与原电流方向相反D．对于确定的线圈，其产生的自感电动势与其电流变化率成正比D (多选)下列说法中正确的是(　 　)A．对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感系数也较大B．线圈中产生的自感电动势较大的其自感系数一定较大C．感应电流不一定和原电流方向相反D．对于同一线圈，电流变化越快，线圈中的自感电动势越大CD解析：自感系数是由线圈本身的特性决定的，与自感电动势的大小、电流变化快慢无关，故A、B错误；根据楞次定律，当原电流增大时，感应电流与原电流方向相反；当原电流减小时，感应电流与原电流方向相同，故C正确；根据法拉第电磁感应定律可，当电流变化越快时，磁通量变化越快，自感系数不变，自感电动势越大，故D正确。故选CD。课堂小结核心素养提升1．电感和电阻对电流的阻碍作用比较2.自感现象的“三种状态”“一个特点”(1)三种状态①线圈通电瞬间可把自感线圈看成断路。②断电时自感线圈相当于电源。③电流稳定后，自感线圈相当于导体电阻，理想线圈的电阻为0，相当于短路。(2)一个特点在发生自感现象时，线圈中电流不发生“突变”。 如图所示的电路，可用来测定自感系数较大的线圈的直流电阻，线圈两端并联一个电压表，用来测量自感线圈两端的直流电压，在测量完毕后，将电路拆开时应(　 　)A．先断开开关S1 B．先断开开关S2C．先拆去电流表 D．先拆去电阻RB课堂达标检测一、互感现象1．绕在同一铁芯上的线圈Ⅰ、Ⅱ按如图所示方法连接，G为电流表，下列说法正确的是(　 　)A．开关S闭合瞬间，G中的电流从左向右B．保持开关S闭合，G中的电流从左向右C．保持开关S闭合，向右移动变阻器R0的滑动触头，G中的电流从左向右D．断开开关S的瞬间，G的示数也为零A解析：闭合开关S瞬间，Ⅰ线圈中有电流通过，产生磁场，线圈内部磁场方向从左向右，穿过Ⅱ线圈的磁通量从无到有，产生感应电流，根据楞次定律可知电流表中的电流从左向右，A正确；保持开关S闭合，Ⅰ线圈中电流不变，穿过Ⅱ线圈的磁通量不变，没有感应电流产生，G的示数为零，B错误；保持开关S闭合，向右移动变阻器R0的滑动触头，Ⅰ线圈中电流减小，线圈内部产生向右减弱的磁场，穿过Ⅱ线圈的磁通量变化，产生感应电流，根据楞次定律可知电流表中的电流从右向左，C错误；断开开关S的瞬间，Ⅰ线圈中电流减小(从有到无)，穿过Ⅱ线圈的磁通量变化，产生感应电流，则电流表中有电流通过，示数不为零，D错误。2．(2023·贵州高二期中)如图所示，我国某品牌手机一经面世，就受到世人追捧，除了领先世界的5G通信、信息安全以外，人们还可以体验它无线充电的科技感。题图为无线充电原理图，由与充电底座相连的送电线圈和与手机电池相连的受电线圈构成。当送电线圈通入周期性变化的电流时，就会在受电线圈中感应出电流，从而实现为手机充电。在充电过程中(　 　)CA．送电线圈中产生均匀变化的磁场B．送电线圈中产生稳定不变的磁场C．无线充电的原理是互感现象D．手机电池是直流电源，所以受电线圈输出的是恒定电流解析：由于送电线圈中通入周期性变化的电流时，根据麦克斯韦理论可知送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化，A、B错误；无线充电利用的是电磁感应原理，所以送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递，C正确；周期性变化的磁场会产生周期性变化的电场，输出的不是恒定电流，D错误。DA．使电路的电流减小，最后由I0减小到零B．有阻碍电流增大的作用，最后电流小于I0C．有阻碍电流增大的作用，因而电流总保持不变D．有阻碍电流增大的作用，但电流最后还是变为2I04．(多选)如图所示，电阻R1＝3 Ω，R2＝6 Ω，线圈的电阻不计，电源电动势E＝5 V，内阻r＝1 Ω。开始时，开关S闭合，则(　 　)AC解析：断开S前，电容器两端的电压等于线圈两端的电压，线圈电阻不计，线圈两端的电压为零，所以电容器两极板间的电压为零，所带电荷量为零，A正确，B错误；断开S的瞬间，线圈相当于电源，给电容器充电，线圈中电流方向与原方向相同，则电容器a极板带正电，b极板带负电，C正确，D错误。5．在如图所示的电路中，S闭合后，电路稳定时流过线圈L的电流是2 A，流过灯泡A的电流是1 A。将S突然断开，则S断开前后，下列能正确反映流过灯泡的电流I随时间t变化关系的是(　 　)D解析：当开关断开时，由于线圈中自感电动势阻碍电流减小，线圈中的电流逐渐减小，线圈与灯泡A构成回路，因为IL＝2 A，IA＝1 A，所以灯泡中的电流突然反向增大，之后逐渐减小。