人教版 (2019)选择性必修 第二册第二章 电磁感应4 互感和自感课前预习ppt课件

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册第二章 电磁感应4 互感和自感课前预习ppt课件，共50页。PPT课件主要包含了必备知识·素养奠基，互感现象，自感电动势，较慢地亮起来，逐渐变暗，电流变化，关键能力·素养形成，课堂回眸，课堂检测·素养达标等内容，欢迎下载使用。

二、自感现象1.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___________。
2.通电自感和断电自感:
3.自感系数:(1)自感电动势的大小:E=L ,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。
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。2. 电的“惯性”:自感电动势有阻碍线圈中_________的“惯性”。
一　对自感现象的理解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。
【思考·讨论】收音机里的“磁性天线”怎样把广播电台的信号从一个线圈传到另一个线圈? (物理观念)提示:利用互感现象。
【典例示范】关于电磁感应现象,下列说法中正确的是(　　)A.穿过螺线管的磁通量发生变化时,螺线管内部就一定有感应电流产生B.只要电路的一部分做切割磁感线运动,电路中就一定有感应电流C.线圈中磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势一定越大D.线圈中电流变化越快,线圈中产生的自感电动势一定越大
【解析】选D。穿过闭合回路的磁通量变化时,电路中产生感应电流,穿过螺线管的磁通量发生变化时,如果电路不闭合,螺线管内部不一定产生感应电流,故A错误;穿过闭合回路的磁通量变化时,电路中产生感应电流,电路的一部分做切割磁感线运动时,如果电路不闭合,电路不会产生感应电流,故B错误;由法拉第电磁感应定律可知,感应电动势与磁通量的变化率成正比,与磁通量的变化量无关,磁通量的变化量大,感应电动势不一定大,故C错误;由E=L 可知,线圈中电流变化越快,线圈中产生的自感电动势一定越大,故D正确。
【素养训练】1.下列说法正确的是(　　)A.感应电流的磁场总是与原磁场方向相反B.线圈的自感作用是阻碍通过线圈的电流C.当穿过线圈的磁通量为零时,感应电动势一定为零D.自感电动势阻碍原电流的变化
【解析】选D。当磁通量增大时,感应电流的磁场与它相反,当磁通量减小时,感应电流的磁场与它相同。即感应电流的磁场方向取决于引起感应电流的磁通量是增加还是减小,感应电流的方向与原来电流的方向没有关系,故A错误;线圈的自感作用是阻碍通过线圈的电流的变化,不是阻碍电流,故B错误;线圈的电动势的大小与磁通量的大小无关,与磁通量的变化率有关,故C错误;根据线圈自感的特点可知,自感电动势阻碍原电流的变化,故D正确。
2.关于电磁感应,下列说法中正确的是(　　)A.由于自感电流总是阻碍原电流的变化,所以自感电动势的方向总与原电流的方向相反B.在自感系数一定的条件下,通过导体的电流引起的磁通量变化越大,产生的感应电动势就越大C.在自感系数一定的条件下,通过导体的电流变化越快,产生的自感电动势越大D.在自感现象中,电感线圈的自感系数与产生的自感电动势大小有关
【解析】选C。根据楞次定律,当原电流增大时,感应电动势与原电流方向相反;当原电流减小时,感应电动势与原电流方向相同,故A错误;在自感系数一定的条件下,根据法拉第电磁感应定律,则有:通过导体的电流的变化率越大,产生的自感电动势越大,与电流大小及电流变化的大小无关,故B错误,C正确;自感系数由线圈自身决定,与其他因素无关,故D错误。
【补偿训练】1.(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
【解析】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 和 比较可知ΔФ∝ΔI,则D正确。
2.(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∝ 。根据图像分析: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。
二　通电自感和断电自感
【思考·讨论】电路开关断开时为什么会产生电火花?(科学思维)提示:电路中的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。
【典例示范】如图所示电路中,L是自感系数足够大的线圈,它的电阻可忽略不计,D1和D2是两个完全相同的小灯泡。将开关K闭合,待灯泡亮度稳定后,再将开关K断开,则下列说法中正确的是(　　)A.K闭合瞬间,两灯同时亮,以后D1变更亮,D2变暗B.K闭合瞬间,D1先亮,D2后亮,最后两灯亮度一样C.K断开时,两灯都亮一下再慢慢熄灭D.K断开时,D2立即熄灭,D1亮一下再慢慢熄灭
【解析】选D。K闭合瞬间,由于线圈的电流增加,导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的增加,所以两灯同时亮,当电流稳定时,由于电阻可忽略不计,则以后D1熄灭,D2变亮,故A、B错误;K断开时,D2立即熄灭,但由于线圈的电流减小,导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的减小,所以D1亮一下再慢慢熄灭,故C错误,D正确。
【素养训练】1.(多选)如图所示,电路甲、乙中,电阻R和自感线圈L的直流电阻都小于灯泡D电阻,接通S,使电路达到稳定,灯泡D发光。则(　　)A.在电路甲中,断开S,D将逐渐变暗B.在电路乙中,断开S,D将渐渐变暗C.在电路甲中,断开S,D将先变得亮,然后渐渐变暗D.在电路乙中,断开S,D将变得更亮,然后渐渐变暗
【解析】选A、D。在电路甲中,断开S,由于线圈阻碍电流变小,导致D将逐渐变暗,故A正确;在电路乙中,由于电阻R和自感线圈L的电阻值都很小,所以通过灯泡的电流比线圈的电流小,断开S时,由于线圈阻碍电流变小,导致D将变得更亮,然后逐渐变暗,故B错误,D正确;在电路甲中,当断开S,由于D与L串联,电流相等,则D不会变更亮,只会渐渐变暗。故C错误。
2.课堂上物理老师为了更直观地说明断电自感能量来源于线圈存储的能量而非由电源直接提供,设计了如图所示的电路。电感L的自感系数很大,电阻可忽略,D为理想二极管(单向导电,如电路图,若电流a流向b可视为二极管电阻为0,反之,电阻无穷大),下列说法正确的是(　　)A.当S闭合后,L1、L2一直不亮B.当S闭合后,L1立即变亮,L2逐渐变亮C.当S断开瞬间,L1变亮,能更直观说明断电自感能量来源于线圈存储的能量D.当S断开瞬间,L2变亮,能更直观说明断电自感能量来源于线圈存储的能量
【解析】选C。闭合开关的瞬间,由于二极管具有单向导电性,所以无电流通过L1,由于线圈中自感电动势的阻碍,L2灯逐渐变亮,故A项错误,B项错误;闭合开关,待电路稳定后断开开关,线圈L产生自感电动势,两灯串联,所以L1突然变亮,然后逐渐变暗至熄灭,L2逐渐变暗,能更直观说明断电自感能量来源于线圈存储的能量;故C项正确,D项错误。
【补偿训练】如图所示, A1和A2是两个规格完全相同的灯泡,A1与自感线圈L串联后接到电路中,A2与可变电阻串联后接到电路中。先闭合开关S,缓慢调节电阻R,使两个灯泡的亮度相同,再调节电阻R1,使两个灯泡都正常发光,然后断开开关S。对于这个电路,下列说法中正确的是(　　)A.再闭合开关时,A1先亮,A2后亮B.再闭合开关S时,A1和A2同时亮C.再闭合开关S,待电路稳定后,重新断开开关S,A2立刻熄灭,A1过一会儿熄灭D.再闭合开关S,待电路稳定后,重新断开开关S,A1和A2都要过一会儿才熄灭
【解析】选D。再次闭合开关S时,滑动变阻器R不产生感应电动势,灯泡A2立刻正常发光,线圈的电流增大,产生自感电动势,根据楞次定律得知,感应电动势阻碍电流的增大,使得电流逐渐增大,A1灯逐渐亮起来,故A、B错误;再闭合开关S,待电路稳定后,重新断开开关S,由于L产生自感,A1和A2与L、R构成一个闭合自感回路,A1和A2都要过一会儿才熄灭,故C错误,D正确。
【拓展例题】考查内容:自感现象的图像问题【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变化的图像中,正确的是(　　)
【解析】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。
1.关于线圈中自感电动势的大小的说法中正确的是(　　)A.自感系数一定时,电流变化越大,电动势越大B.自感系数一定时,电流变化越快,电动势越大C.通过线圈的电流为零的瞬间,电动势为零D.通过线圈的电流为最大值的瞬间,电动势最大
【解析】选B。在自感系数一定的条件下,根据法拉第电磁感应定律,则有:通过导体的电流的变化率越大,产生的自感电动势越大,与电流大小及电流变化的大小无关,故A错误,B正确;由公式E=L ,通过线圈的电流为零的瞬间,电动势最大,而电流为最大值的瞬间,电动势最小,故C、D错误。
2.如图电路中,A、B是相同的两小灯泡。L是一个带铁芯线圈,电阻可不计。调节R,可使电路稳定时两灯都正常发光,则(　　)A.合上S时,B立刻变亮,A慢慢变亮B.断开S时,B比A先熄灭C.断开S时,通过A、B两灯的电流方向都与原电流方向相同D.断开S时,B灯会突然闪亮一下后再熄灭
【解析】选A。在开关合上时,B灯立即变亮;在开关合上瞬时,通过线圈的电流在增大,导致线圈出现自感电动势,从而阻碍灯泡A的电流增大,则A灯慢慢变亮,最后达到正常发光状态,故A正确;断开开关S的瞬间,由于L的自感电动势的存在,在L和A中的电流会通过L、A、B形成新的回路维持不变,通过A灯的电流的方向不变,而B灯的电流方向与原电流方向相反,则A、B两灯都会慢慢熄灭;断开开关S的瞬间,因通过两灯的电流大小与原来的电流大小相同,所以两灯会慢慢熄灭,但不会闪亮一下,故B、C、D错误。
3.(多选)如图所示,A、B是完全相同的两个小灯泡,L为自感系数很大的线圈,其直流电阻等于灯泡电阻。闭合开关S,电路稳定时,B灯恰能正常发光。则(　　)A.开关S闭合时,A、B两灯同时亮B.开关S闭合,电路稳定时,A灯熄灭C.开关S断开时,两灯都会闪亮一下再熄灭D.开关S断开时,A灯灯丝不可能被烧断
【解析】选A、D。开关S闭合瞬间,A和B同时发光,故A正确;电路稳定后L的电感不再起作用,起作用的只是它的直流电阻,因A、B灯相同,B此时正常发光,那么说明灯的额定电流由并联的A和L的直流电阻分配,L的直流电阻等于灯泡电阻,那么A支路的电流会等于其额定电流的 ,也就是说其亮度较B灯暗,不一定熄灭,故B错误;断开开关S的瞬间,由电感的特性可知:L和A组成的回路中的电流会维持不变,其数值就是S断开前L支路中的电流,即等于额定电流的一半,不会闪亮一下,灯丝也不可能被烧断。而B灯立即熄灭,故C错误,D正确。
【补偿训练】(多选)如图所示的电路中,线圈L的自感系数足够大,其直流电阻忽略不计,A、B是两个相同的灯泡,下列说法中正确的是(　　)A.S闭合后,A、B同时发光且亮度不变B.S闭合后,A立即发光,然后又逐渐熄灭C.S断开的瞬间,A、B同时熄灭D.S断开的瞬间,A再次发光,然后又逐渐熄灭
【解析】选B、D。线圈对变化的电流有阻碍作用,开关接通时,A、B串联, 同时发光,但电流稳定后线圈的直流电阻忽略不计,使A被短路,所以A错误,B正确;开关断开时,线圈产生自感电动势,与A构成回路,A再次发光,然后又逐渐熄灭,所以C错误,D正确。故选B、D。
4.如图所示,电源的电动势为E,内阻r不能忽略,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。关于这个电路的以下说法正确的是(　　)A.开关闭合到电路中电流稳定的时间内,A灯立刻亮,而后逐渐变暗,最后亮度稳定B.开关闭合到电路中电流稳定的时间内,B灯立刻亮,而后逐渐变暗,最后亮度稳定C.开关由闭合到断开瞬间,A灯闪亮一下再熄灭D.开关由闭合到断开瞬间,电流自左向右通过B灯
【解析】选B。开关闭合到电路中电流稳定的时间内,当线圈电流阻碍较小后A灯逐渐变亮,当线圈对电流没有阻碍时,灯泡亮度稳定,故A错误;开关闭合到电路中电流稳定的时间内,B灯立刻亮,当线圈电流阻碍较小后,由闭合电路欧姆定律可知,总电阻在减小,则总电流增大,灯泡B两端的电压逐渐减小,则导致B灯逐渐变暗,当线圈对电流没有阻碍时,灯泡亮度稳定,故B正确;开关处于闭合状态,在断开瞬间,线圈提供瞬间电压给两灯泡供电,由于两灯泡完全一样,所以不会出现电流比之前还大的现象,因此A灯不会闪亮一下,只会一同慢慢熄灭,故C错误;开关处于闭合状态,在断开瞬间,线圈相当于电源,电流方向不变,所以电流自右向左通过B灯,故D错误。
5.如图所示的电路中A1和A2是两个完全一样的小灯泡,接通开关后调节电阻R,使两小灯泡亮度相同,然后断开电路。(1)重新接通电路,在开关闭合的瞬间,____________先亮,______________逐渐亮起,最后达到相同的亮度。(填字母代号) (2)由于在实验中磁通量的变化是由电流的变化引起的,故电路中产生的自感电动势的大小与____________和__________有关。 
【解析】(1)再次闭合开关S时,滑动变阻器R不产生感应电动势,灯泡A2立刻正常发光,线圈的电流增大,产生自感电动势,根据楞次定律得知,感应电动势阻碍电流的增大,使得电流逐渐增大,A1灯逐渐亮起来。 (2)电路中产生的自感电动势的大小与电流变化量和所用时间有关。答案:(1)A2　A1　(2)电流变化量　所用时间
【新思维·新考向】情境:张老师在课堂上演示了如图所示的实验,电源电动势为1.5 V,人两手间电阻设为200 kΩ,L为自感系数很大的电感线圈。当开关S1和S2都闭合稳定时,电流表A1、A2的示数分别为0.6 A和0.4 A。当断开S2,闭合S1,电路稳定时电流表A1、A2的示数都为0.5 A。实验前先将两开关都断开。
问题:(1)以下操作能使人有触电感觉的是________。 A.先将S1和S2闭合,稳定后再突然断开S1B.先将S1和S2闭合,稳定后再突然断开S2C.保持S2断开,先闭合S1,稳定后再突然断开S1D.由于电源电动势只有1.5 V,无论怎样操作都不会使人有触电的感觉
(2)任意操作两开关,有可能烧坏的是________。 A.电流表A1 　　　　　 B.电流表A2 C.小灯泡D.所有仪器都不会烧坏(3)保持S2断开,先闭合S1待稳定后突然打开S1 ,此时A、B两点中电势较高的点是________点,A、B间瞬时电压的最大值为________kV。 
【解析】(1)当开关S1和S2都闭合稳定时,电流表A1、A2的示数分别为0.6 A和0.4 A;电源电动势为1.5 V,由人两手间电阻设为200 kΩ可知流过人体的电流值几乎可以忽略不计。可知流过灯泡的电流为0.2 A,结合欧姆定律可知,灯泡的电阻值为线圈的电阻值的2倍。当电路稳定后再突然断开S1时,线圈产生自感电动势,此时人与灯泡并联,由于灯泡的电阻值小,所以流过灯泡的电流值比较大,则线圈的电流变化率比较小。根据自感电动势的公式可知,线圈产生的自感电动势就比较小,人不能产生触电的感觉,故A错误;先将S1和S2闭合,稳定后再突然断开S2时,对线圈的回路没有影响,线圈不产生比较大的自感电动势,故B错误;保持S2断开,当开关S1闭合后,电感线圈与人并联,由于电源电压为1.5 V,所以流过人的电流很小,当断开S1时,线圈与人串联,由于电感线圈电流突然变小到几乎等于0,根据自感电动势的公式可知能够产生很高的瞬间电压,通过人身体有触电的感觉。故C正确,D错误。