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人教版 (2019)选择性必修 第二册4 互感和自感说课课件ppt
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这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册4 互感和自感说课课件ppt，共53页。PPT课件主要包含了课前·基础认知，课堂·重难突破，素养·目标定位，随堂训练，知识概览，一互感现象，答案C，答案D，答案B等内容，欢迎下载使用。
目 标 素 养1.了解互感现象及互感现象的应用。2.了解自感现象,认识自感电动势对电路中电流的影响。3.了解自感系数的意义和决定因素。4.知道磁场具有能量。
一、互感现象1.定义: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感应电动势,这种现象叫作互感。产生的电动势叫作互感电动势。2.应用:利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈,变压器、收音机的“磁性天线”就是利用互感现象制成的。3.危害:互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间。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。
微探究1如图所示,两个大小不同的线圈A和B放在桌面上,之间并没有导线相连,小线圈可以套入大线圈。现在让小线圈A与手机的音频输出端连接,大线圈B与扩音器的输入端连接,如图所示。实验时,先打开手机的音乐,再把线圈A插入线圈B。两组线圈之间没有导线直接连接,为什么能在扩音器上听到手机播放的音乐?
提示:线圈A中变化的电流,产生了变化的磁场,变化的磁场使线圈B的磁通量发生变化,从而在线圈B中产生感应电流,这个电流让扩音器发出音乐。
二、自感现象1.自感现象:当一个线圈中的电流变化时,它产生的变化的磁场在线圈本身激发出感应电动势,这种现象称为自感。2.自感电动势:由于自感而产生的感应电动势。3.通电自感和断电自感。
微训练 如图所示,L为自感系数较大的线圈,电路稳定后小灯泡正常发光,断开开关S的瞬间会有( )A.灯A立即熄灭B.灯A慢慢熄灭C.灯A突然闪亮一下再慢慢熄灭D.灯A突然闪亮一下再突然熄灭答案:A解析:本题中,当开关S断开时,由于通过自感线圈的电流从有变到零,线圈将产生自感电动势,但由于线圈L与灯A在S断开后不能形成闭合回路,故在开关断开后通过灯A的电流为零,灯立即熄灭,选项A正确,B、C、D错误。
三、自感系数1.自感电动势的大小 ,其中L是自感系数,简称自感或电感,单位是亨利,符号是H。2.自感系数大小的决定因素:自感系数与线圈的大小、形状、匝数,以及是否有铁芯等因素有关。
微探究2下图是一种汽车电子打火器的构造:电池电动势为E,内阻可以忽略不计,L是一个匝数很多且有铁芯的线圈,其直流电阻为r,a、b之间是两个彼此靠近的金属电极,试说明断开S瞬间,两电极间为什么产生电火花?
提示:断开S瞬间,L中产生的自感电动势很大,两个电极间的电压就会极高,因此击穿空气发生火花放电。
四、磁场的能量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。2.电的“惯性”:自感电动势有阻碍线圈中电流变化的“惯性”。
微思考断电自感的实验中,为什么开关断开后,灯泡的发光会持续一段时间?试从能量的角度加以解释。提示:开关断开后,线圈中储存的能量释放出来转化为电能,故灯泡发光会持续一段时间。
重难归纳1.互感现象是一种常见的电磁感应现象,它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,而且可以发生于任何相互靠近的电路之间。2.一个线圈中电流变化越快,另一个线圈中产生的感应电动势越大。3.互感现象可以把能量由一个电路传到另一个电路。变压器就是利用互感现象制成的。4.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,这时需要设法减小电路间的互感。
无线充电已经进入人们的视线,小到手表、手机、电动牙刷,大到电脑、电动汽车的充电,都已经实现了从理论研发到实际应用。下图是手机无线充电的原理图,送电线圈和受电线圈分别置于无线充电器内和手机内,当充电器正常接通电源,手机靠近充电器时,就可实现充电。这是一种什么现象?是如何实现充电的?
提示:这是互感现象。利用电磁感应,送电线圈内变化的电流产生的磁场使受电线圈发生电磁感应而产生感应电流,从而达到给手机充电的目的。
典例剖析【例1】 在同一铁芯上绕着两个线圈,单刀双掷开关原来接在点1,现把它从1扳向2,如图所示,试判断在此过程中,在电阻R上的电流方向是( )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答案:A
解析:单刀双掷开关接在点1上时,A线圈在铁芯中产生的磁场方向沿铁芯自右向左;当单刀双掷开关从点1断开时,铁芯中A产生的磁场变小,由楞次定律得,B中感应电流的方向是右上左下,R上的电流方向是P→Q;当单刀双掷开关接到点2上时,铁芯中A产生的磁场从无到有,方向向左,由楞次定律得,B中感应电流的方向是左上右下,R上的电流方向是Q→P。故选项A正确,B、C、D错误。
学以致用1.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,两环相互吸引答案:B
解析:t1时刻感应电流为零,故两环作用力为零,选项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,选项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。
二 对自感现象的理解
重难归纳1.自感现象的本质。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.对自感现象的分析思路。(1)明确通过自感线圈的电流大小的变化情况(是增大还是减小)。(2)根据“增反减同”,判断自感电动势的方向。(3)分析阻碍的结果:当电流增强时,由于自感电动势的作用,线圈中的电流逐渐增大,与线圈串联的元件中的电流也逐渐增大;当电流减小时,由于自感电动势的作用,线圈中的电流逐渐减小,与线圈串联的元件中的电流也逐渐减小。
3.自感现象中,灯泡亮度的变化。
【例2】为了验证自感现象,某同学在实验室用一个带铁芯的线圈L(线圈的自感系数很大,且构成线圈导线的直流电阻不可忽略)、两个完全相同的小灯泡A和B、开关S和电池组E、导线连接成如图所示的电路。经检查,各元件和导线均是完好的,检查电路无误后,开始进行实验操作。思考以下问题:(1)闭合瞬间,A、B哪个先亮?(2)电路稳定后哪个更亮?(3)稳定后断开电路的瞬间A可能比原来更亮一下再逐渐熄灭吗?
提示:(1)A先亮。(2)A比B更亮。(3)不可能。
典例剖析图甲、乙中,线圈L的直流电阻很小,闭合S,使电路达到稳定,灯泡A发光,下列说法正确的是( ) A.在电路甲中,断开S,A将立即熄灭B.在电路甲中,断开S,A将先变得更亮,然后逐渐变暗C.在电路乙中,断开S,A将逐渐变暗D.在电路乙中,断开S,A将先变得更亮,然后渐渐变暗答案:D
解析:题图甲中,灯泡A与线圈L在同一个支路中,流过的电流相同,断开开关S时,线圈L中的自感电动势的作用使得支路中的电流瞬时不变,以后渐渐变小,选项A、B错误。题图乙中,灯泡A所在支路的电流比线圈所在支路的电流要小(因为线圈的电阻很小),断开开关S时,线圈的自感电动势要阻碍电流变小,此瞬间线圈中的电流不变,线圈相当于一个电源给灯泡A供电,因此反向流过A的电流瞬间要变大,然后逐渐变小,所以灯泡要先更亮一下,然后渐渐变暗,选项C错误,D正确。
特别提醒(1)断开开关后,灯泡是否瞬间变得更亮,取决于电路稳定时灯泡与线圈中电流的大小关系。(2)若断开开关后,线圈与灯泡不能组成闭合回路,则灯泡会立即熄灭。(3)线圈直流电阻小与直流电阻不计含义不同,稳定时,前者相当于定值电阻,后者出现短路。
学以致用2.如图所示,某小组利用电流传感器(接入电脑,图中未画出)记录灯泡A和自感元件L构成的并联电路在断电瞬间各支路电流随时间的变化情况,i1表示小灯泡中的电流,i2表示自感元件中的电流(已知开关S闭合电流稳定后i2>i1),则下列图像正确的是( )
解析:当开关S断开后,自感元件与灯泡形成回路,自感元件阻碍自身电流变化,自感元件产生的感应电流仍沿着原来方向,大小从i2开始不断减小,灯泡的电流反向,大小与自感元件电流相等,选项C正确,A、B、D错误。
三 对自感电动势的理解
重难归纳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。
(3)自感电动势的大小。跟自身电流变化的快慢有关,电流变化越快,自感电动势越大,产生自感电动势的线圈相当于电源。(4)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。
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)阻碍作用过程中能量转化的特点:线圈对变化电流的阻碍作用结果是实现电能和磁能的相互转化。线圈中电流从无到有时,磁场从无到有,电源的能量输送给磁场,储存在磁场中。相反,线圈中电流减小时,磁场中的能量释放出来转化为电能。
下图是测定一线圈的直流电阻的电路,已知线圈的自感系数很大。实验结束后,将电路拆开时为什么要先断开开关S2?
提示:如果先断开开关S1,由于线圈的自感作用会使线圈和电压表组成的回路中有较大的电流通过,大电流流过电压表时,发热过多,造成仪器烧坏;先断开开关S2再断开开关S1时,线圈没有闭合回路,不会产生感应电流。
典例剖析【例3】如图所示,线圈L的电阻和电源内阻都很小,可忽略不计,电路中两个电阻的阻值均为R,开始时开关S断开,此时电路中电流为I0。现将开关S闭合,线圈L中有自感电动势产生,下列说法正确的是( )
A.由于自感电动势有阻碍电流的作用,电路中电流最终由I0减小到零B.由于自感电动势有阻碍电流的作用,电路中电流最终小于I0C.由于自感电动势有阻碍电流的作用,电路中电流将保持I0不变D.自感电动势有阻碍电流增大的作用,但电路中电流最终还要增大到2I0答案:D
解析:当开关S闭合时,通过线圈的电流增大,在线圈中产生自感电动势,自感电动势阻碍电流的增大,但“阻碍”不是“阻止”,“阻碍”实质上是“延缓”,电路中的电流不会立刻变为2I0,但最终仍会增大到2I0。选项D正确。
规律方法(1)当线圈通电瞬间和断电瞬间,自感电动势都要阻碍线圈中电流的变化,使线圈中的电流不能立即增大到最大值或不能立即减小为零,即线圈中的电流不能“突变”。 (2)电的“惯性”大小决定于线圈的自感系数。
学以致用3.关于线圈中自感电动势的大小,下列说法正确的是( )A.电感一定时,电流变化越大,自感电动势越大B.电感一定时,电流变化越快,自感电动势越大C.通过线圈的电流为零的瞬间,自感电动势为零D.通过线圈的电流最大的瞬间,自感电动势最大答案:B
1.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:一个线圈的磁场通过另一个线圈的磁通量的变化率越小,影响则越小,欲使两线圈互感的影响尽量小,应放置成选项D的情形,这样其中一个线圈的磁场通过另一个线圈的磁通量的变化率应为零,选项D正确。
2.通过一个线圈的电流在均匀增大时,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.磁通量保持不变D.自感系数和自感电动势不变答案:D
解析:线圈的磁通量与电流大小有关,电流增大,磁通量变化,选项C错误。自感系数由线圈本身决定,与电流大小无关,选项A错误。自感电动势 ,与自感系数和电流变化率有关,对于给定的线圈,L一定,已知电流均匀增大,说明电流变化率恒定,故自感电动势不变,选项B错误,D正确。
3.如图所示,L1和L2是两个相同的小灯泡,L是一个自感系数相当大的线圈,其电阻与R相同,由于存在自感现象,在开关S接通和断开时,L1、L2先后亮暗的顺序是( )A.接通时,L1先达最亮;断开时,L1后暗B.接通时,L2先达最亮;断开时,L2后暗C.接通时,L1先达最亮;断开时,L1先暗D.接通时,L2先达最亮;断开时,L2先暗答案:A
解析:开关闭合时,由于线圈L的自感作用阻碍电流的增大,所以大部分电流从L1中流过,L1先达最亮;开关断开时,线圈中产生的自感电动势阻碍电流减小,自感电流方向与原电流的方向相同,且只能在L与L1的闭合回路中流过,L1中有自感电流,所以L1后暗。选项A正确。
4.(多选)目前无线电力传输已经比较成熟,这种系统基于电磁感应原理,两个感应线圈可以放置在左右相邻或上下相对的位置,原理示意图如图所示。利用这一原理,可以对手机进行无线充电。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线圈中电流越大,B线圈中感应电动势越大D.A线圈中电流变化越快,B线圈中感应电动势越大答案:BD
解析:根据感应电流产生的条件,若A线圈中输入恒定的电流,则A线圈产生恒定的磁场,B线圈中的磁通量不发生变化,B线圈中不会产生感应电动势,故选项A错误。若A线圈中输入变化的电流,根据楞次定律可得,B线圈中会产生感应电动势,故选项B正确。A线圈中电流变化越快,A线圈中电流产生的磁场变化越快,B线圈中感应电动势越大,故选项C错误,D正确。
5.在如图所示的电路中,两个相同的小灯泡A1和A2分别串联一个带铁芯的线圈L和一个滑动变阻器R。闭合开关S后,调整R,使A1和A2发光的亮度一样,此时流过两个灯泡的电流均为I,然后,断开开关S。若t'时刻再闭合开关S,则在t'前后的一小段时间内,下列选项能正确反映流过A1的电流i1、流过A2的电流i2随时间t变化的图像是( )
目 标 素 养1.了解互感现象及互感现象的应用。2.了解自感现象,认识自感电动势对电路中电流的影响。3.了解自感系数的意义和决定因素。4.知道磁场具有能量。
一、互感现象1.定义: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感应电动势,这种现象叫作互感。产生的电动势叫作互感电动势。2.应用:利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈,变压器、收音机的“磁性天线”就是利用互感现象制成的。3.危害:互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间。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。
微探究1如图所示,两个大小不同的线圈A和B放在桌面上,之间并没有导线相连,小线圈可以套入大线圈。现在让小线圈A与手机的音频输出端连接,大线圈B与扩音器的输入端连接,如图所示。实验时,先打开手机的音乐,再把线圈A插入线圈B。两组线圈之间没有导线直接连接,为什么能在扩音器上听到手机播放的音乐?
提示:线圈A中变化的电流,产生了变化的磁场,变化的磁场使线圈B的磁通量发生变化,从而在线圈B中产生感应电流,这个电流让扩音器发出音乐。
二、自感现象1.自感现象:当一个线圈中的电流变化时,它产生的变化的磁场在线圈本身激发出感应电动势,这种现象称为自感。2.自感电动势:由于自感而产生的感应电动势。3.通电自感和断电自感。
微训练 如图所示,L为自感系数较大的线圈,电路稳定后小灯泡正常发光,断开开关S的瞬间会有( )A.灯A立即熄灭B.灯A慢慢熄灭C.灯A突然闪亮一下再慢慢熄灭D.灯A突然闪亮一下再突然熄灭答案:A解析:本题中,当开关S断开时,由于通过自感线圈的电流从有变到零,线圈将产生自感电动势,但由于线圈L与灯A在S断开后不能形成闭合回路,故在开关断开后通过灯A的电流为零,灯立即熄灭,选项A正确,B、C、D错误。
三、自感系数1.自感电动势的大小 ,其中L是自感系数,简称自感或电感,单位是亨利,符号是H。2.自感系数大小的决定因素:自感系数与线圈的大小、形状、匝数,以及是否有铁芯等因素有关。
微探究2下图是一种汽车电子打火器的构造:电池电动势为E,内阻可以忽略不计,L是一个匝数很多且有铁芯的线圈,其直流电阻为r,a、b之间是两个彼此靠近的金属电极,试说明断开S瞬间,两电极间为什么产生电火花?
提示:断开S瞬间,L中产生的自感电动势很大,两个电极间的电压就会极高,因此击穿空气发生火花放电。
四、磁场的能量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。2.电的“惯性”:自感电动势有阻碍线圈中电流变化的“惯性”。
微思考断电自感的实验中,为什么开关断开后,灯泡的发光会持续一段时间?试从能量的角度加以解释。提示:开关断开后,线圈中储存的能量释放出来转化为电能,故灯泡发光会持续一段时间。
重难归纳1.互感现象是一种常见的电磁感应现象,它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,而且可以发生于任何相互靠近的电路之间。2.一个线圈中电流变化越快,另一个线圈中产生的感应电动势越大。3.互感现象可以把能量由一个电路传到另一个电路。变压器就是利用互感现象制成的。4.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,这时需要设法减小电路间的互感。
无线充电已经进入人们的视线,小到手表、手机、电动牙刷,大到电脑、电动汽车的充电,都已经实现了从理论研发到实际应用。下图是手机无线充电的原理图,送电线圈和受电线圈分别置于无线充电器内和手机内,当充电器正常接通电源,手机靠近充电器时,就可实现充电。这是一种什么现象?是如何实现充电的?
提示:这是互感现象。利用电磁感应,送电线圈内变化的电流产生的磁场使受电线圈发生电磁感应而产生感应电流,从而达到给手机充电的目的。
典例剖析【例1】 在同一铁芯上绕着两个线圈,单刀双掷开关原来接在点1,现把它从1扳向2,如图所示,试判断在此过程中,在电阻R上的电流方向是( )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答案:A
解析:单刀双掷开关接在点1上时,A线圈在铁芯中产生的磁场方向沿铁芯自右向左;当单刀双掷开关从点1断开时,铁芯中A产生的磁场变小,由楞次定律得,B中感应电流的方向是右上左下,R上的电流方向是P→Q;当单刀双掷开关接到点2上时,铁芯中A产生的磁场从无到有,方向向左,由楞次定律得,B中感应电流的方向是左上右下,R上的电流方向是Q→P。故选项A正确,B、C、D错误。
学以致用1.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,两环相互吸引答案:B
解析:t1时刻感应电流为零,故两环作用力为零,选项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,选项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。
二 对自感现象的理解
重难归纳1.自感现象的本质。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.对自感现象的分析思路。(1)明确通过自感线圈的电流大小的变化情况(是增大还是减小)。(2)根据“增反减同”,判断自感电动势的方向。(3)分析阻碍的结果:当电流增强时,由于自感电动势的作用,线圈中的电流逐渐增大,与线圈串联的元件中的电流也逐渐增大;当电流减小时,由于自感电动势的作用,线圈中的电流逐渐减小,与线圈串联的元件中的电流也逐渐减小。
3.自感现象中,灯泡亮度的变化。
【例2】为了验证自感现象,某同学在实验室用一个带铁芯的线圈L(线圈的自感系数很大,且构成线圈导线的直流电阻不可忽略)、两个完全相同的小灯泡A和B、开关S和电池组E、导线连接成如图所示的电路。经检查,各元件和导线均是完好的,检查电路无误后,开始进行实验操作。思考以下问题:(1)闭合瞬间,A、B哪个先亮?(2)电路稳定后哪个更亮?(3)稳定后断开电路的瞬间A可能比原来更亮一下再逐渐熄灭吗?
提示:(1)A先亮。(2)A比B更亮。(3)不可能。
典例剖析图甲、乙中,线圈L的直流电阻很小,闭合S,使电路达到稳定,灯泡A发光,下列说法正确的是( ) A.在电路甲中,断开S,A将立即熄灭B.在电路甲中,断开S,A将先变得更亮,然后逐渐变暗C.在电路乙中,断开S,A将逐渐变暗D.在电路乙中,断开S,A将先变得更亮,然后渐渐变暗答案:D
解析:题图甲中,灯泡A与线圈L在同一个支路中,流过的电流相同,断开开关S时,线圈L中的自感电动势的作用使得支路中的电流瞬时不变,以后渐渐变小,选项A、B错误。题图乙中,灯泡A所在支路的电流比线圈所在支路的电流要小(因为线圈的电阻很小),断开开关S时,线圈的自感电动势要阻碍电流变小,此瞬间线圈中的电流不变,线圈相当于一个电源给灯泡A供电,因此反向流过A的电流瞬间要变大,然后逐渐变小,所以灯泡要先更亮一下,然后渐渐变暗,选项C错误,D正确。
特别提醒(1)断开开关后,灯泡是否瞬间变得更亮,取决于电路稳定时灯泡与线圈中电流的大小关系。(2)若断开开关后,线圈与灯泡不能组成闭合回路,则灯泡会立即熄灭。(3)线圈直流电阻小与直流电阻不计含义不同,稳定时,前者相当于定值电阻,后者出现短路。
学以致用2.如图所示,某小组利用电流传感器(接入电脑,图中未画出)记录灯泡A和自感元件L构成的并联电路在断电瞬间各支路电流随时间的变化情况,i1表示小灯泡中的电流,i2表示自感元件中的电流(已知开关S闭合电流稳定后i2>i1),则下列图像正确的是( )
解析:当开关S断开后,自感元件与灯泡形成回路,自感元件阻碍自身电流变化,自感元件产生的感应电流仍沿着原来方向,大小从i2开始不断减小,灯泡的电流反向,大小与自感元件电流相等,选项C正确,A、B、D错误。
三 对自感电动势的理解
重难归纳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。
(3)自感电动势的大小。跟自身电流变化的快慢有关,电流变化越快,自感电动势越大,产生自感电动势的线圈相当于电源。(4)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。
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)阻碍作用过程中能量转化的特点:线圈对变化电流的阻碍作用结果是实现电能和磁能的相互转化。线圈中电流从无到有时,磁场从无到有,电源的能量输送给磁场,储存在磁场中。相反,线圈中电流减小时,磁场中的能量释放出来转化为电能。
下图是测定一线圈的直流电阻的电路,已知线圈的自感系数很大。实验结束后,将电路拆开时为什么要先断开开关S2?
提示:如果先断开开关S1,由于线圈的自感作用会使线圈和电压表组成的回路中有较大的电流通过,大电流流过电压表时,发热过多,造成仪器烧坏;先断开开关S2再断开开关S1时,线圈没有闭合回路,不会产生感应电流。
典例剖析【例3】如图所示,线圈L的电阻和电源内阻都很小,可忽略不计,电路中两个电阻的阻值均为R,开始时开关S断开,此时电路中电流为I0。现将开关S闭合,线圈L中有自感电动势产生,下列说法正确的是( )
A.由于自感电动势有阻碍电流的作用,电路中电流最终由I0减小到零B.由于自感电动势有阻碍电流的作用,电路中电流最终小于I0C.由于自感电动势有阻碍电流的作用,电路中电流将保持I0不变D.自感电动势有阻碍电流增大的作用,但电路中电流最终还要增大到2I0答案:D
解析:当开关S闭合时,通过线圈的电流增大,在线圈中产生自感电动势,自感电动势阻碍电流的增大,但“阻碍”不是“阻止”,“阻碍”实质上是“延缓”,电路中的电流不会立刻变为2I0,但最终仍会增大到2I0。选项D正确。
规律方法(1)当线圈通电瞬间和断电瞬间,自感电动势都要阻碍线圈中电流的变化,使线圈中的电流不能立即增大到最大值或不能立即减小为零,即线圈中的电流不能“突变”。 (2)电的“惯性”大小决定于线圈的自感系数。
学以致用3.关于线圈中自感电动势的大小,下列说法正确的是( )A.电感一定时,电流变化越大,自感电动势越大B.电感一定时,电流变化越快,自感电动势越大C.通过线圈的电流为零的瞬间,自感电动势为零D.通过线圈的电流最大的瞬间,自感电动势最大答案:B
1.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:一个线圈的磁场通过另一个线圈的磁通量的变化率越小,影响则越小,欲使两线圈互感的影响尽量小,应放置成选项D的情形,这样其中一个线圈的磁场通过另一个线圈的磁通量的变化率应为零,选项D正确。
2.通过一个线圈的电流在均匀增大时,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.磁通量保持不变D.自感系数和自感电动势不变答案:D
解析:线圈的磁通量与电流大小有关,电流增大,磁通量变化,选项C错误。自感系数由线圈本身决定,与电流大小无关,选项A错误。自感电动势 ,与自感系数和电流变化率有关,对于给定的线圈,L一定,已知电流均匀增大,说明电流变化率恒定,故自感电动势不变,选项B错误,D正确。
3.如图所示,L1和L2是两个相同的小灯泡,L是一个自感系数相当大的线圈,其电阻与R相同,由于存在自感现象,在开关S接通和断开时,L1、L2先后亮暗的顺序是( )A.接通时,L1先达最亮;断开时,L1后暗B.接通时,L2先达最亮;断开时,L2后暗C.接通时,L1先达最亮;断开时,L1先暗D.接通时,L2先达最亮;断开时,L2先暗答案:A
解析:开关闭合时,由于线圈L的自感作用阻碍电流的增大,所以大部分电流从L1中流过,L1先达最亮;开关断开时,线圈中产生的自感电动势阻碍电流减小,自感电流方向与原电流的方向相同,且只能在L与L1的闭合回路中流过,L1中有自感电流,所以L1后暗。选项A正确。
4.(多选)目前无线电力传输已经比较成熟,这种系统基于电磁感应原理,两个感应线圈可以放置在左右相邻或上下相对的位置,原理示意图如图所示。利用这一原理,可以对手机进行无线充电。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线圈中电流越大,B线圈中感应电动势越大D.A线圈中电流变化越快,B线圈中感应电动势越大答案:BD
解析:根据感应电流产生的条件,若A线圈中输入恒定的电流,则A线圈产生恒定的磁场,B线圈中的磁通量不发生变化,B线圈中不会产生感应电动势,故选项A错误。若A线圈中输入变化的电流,根据楞次定律可得,B线圈中会产生感应电动势,故选项B正确。A线圈中电流变化越快,A线圈中电流产生的磁场变化越快,B线圈中感应电动势越大,故选项C错误,D正确。
5.在如图所示的电路中,两个相同的小灯泡A1和A2分别串联一个带铁芯的线圈L和一个滑动变阻器R。闭合开关S后,调整R,使A1和A2发光的亮度一样,此时流过两个灯泡的电流均为I,然后,断开开关S。若t'时刻再闭合开关S,则在t'前后的一小段时间内,下列选项能正确反映流过A1的电流i1、流过A2的电流i2随时间t变化的图像是( )
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