2022高中物理第四章电磁感应第6节互感和自感学案新人教版选修3.doc

2022高中物理第四章电磁感应第6节互感和自感学案新人教版选修3 　1.了解互感现象及其应用.　2.能够分析通电自感和断电自感现象.　3.了解自感电动势的表达式E＝L，知道自感系数的决定因素.　4.了解自感现象中的能量转化.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的现象.产生的电动势叫做互感电动势.2.应用：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.二、自感现象和自感系数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它本身激发出感应电动势的现象.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A1逐渐亮起来阻碍电流的增加断电自感断开开关的瞬间，灯泡A逐渐变暗，直至熄灭（电感线圈的电阻和灯泡的电阻相当时）阻碍电流的减小4.自感电动势的大小E＝L，其中L是自感系数，简称自感或电感，单位亨利，符号为H.常用的单位还有毫亨（mH）、微亨（μH）.5.自感系数大小的决定因素自感系数与线圈的大小、形状、圈数，以及是否有铁芯等因素有关.三、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”. 判一判　（1）两线圈相距较近时，可以产生互感现象，相距较远时，不产生互感现象.（　　）（2）只有闭合的回路才能产生互感.（　　）（3）线圈的自感系数与电流大小无关，与电流的变化率有关.（　　）（4）自感现象中，感应电流一定与原电流方向相反.（　　）（5）一个线圈中的电流均匀增大，自感电动势也均匀增大.（　　）提示：（1）×　（2）×　（3）×　（4）×　（5）× 做一做　如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水.给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是（　　）A.恒定直流、小铁锅B.恒定直流、玻璃杯C.变化的电流、小铁锅D.变化的电流、玻璃杯提示：选C.通入恒定直流时，所产生的磁场不变，不会产生感应电流；通入变化的电流，所产生的磁场发生变化，在空间产生感生电场.铁锅是导体，感生电场在导体内产生电流，电能转化为内能，使水温升高；涡流是由变化的磁场在导体内产生的，所以玻璃杯中的水不会升温. 想一想　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.　对互感现象的理解和应用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.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.3.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.　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[解析]　单刀双掷开关接在点1上时，A线圈中的电流恒定不变，在铁芯中产生的磁场方向是沿铁芯自右向左.当单刀双掷开关由点1扳向点2的过程中，通过线圈A中的电流，先沿原方向减小到零，再由零增大到原电流值，所以B中产生的感应电流分两个阶段分析：（1）在A中电流沿原方向减小到零的过程中，A的磁场自右向左也跟着减弱，导致穿过线圈B的磁通量在减小.由楞次定律知，线圈B中会产生右上左下的感应电流，即流过电阻R的电流方向是P→Q.（2）在A中电流由零增大到原方向的电流的过程中，A的磁场自右向左也跟着增强，导致穿过线圈B的磁通量在增大.由楞次定律知，线圈B中会产生左上右下的感应电流，即通过电阻R的电流方向是Q→P.综上分析知，全过程中流过电阻R的电流方向先是P→Q，然后是Q→P，所以A对.[答案]　A　（多选）a、b两金属环上下相隔一很小间距按图示方式放置，O1、O2分别是a环、b环的圆心，其中b环面的一半面积刚好与固定a环正对，在a环中开关S闭合的瞬间，下列说法正确的是（　　）A.b环中有顺时针方向的感应电流B.b环中有逆时针方向的感应电流C.b环会沿O1O2方向运动D.b环会沿O2O1方向运动解析：选BC.闭合S的瞬间，b环中垂直纸面向里的磁通量增加，由楞次定律知b环中感应电流产生的磁场方向为垂直纸面向外，由右手定则判断b环中感应电流为逆时针方向，故选项A错误，选项B正确；由楞次定律知，为了阻碍b环内磁通量的增大，b环会朝着能适当减小与a环正对面积的方向移动，即b环沿O1O2方向移动，即选项C正确，选项D错误.　对自感现象的理解和分析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.2.自感现象的分析思路（1）明确通过自感线圈的电流的变化情况（增大或减小）.（2）根据“增反减同”，判断自感电动势的方向.（3）阻碍结果分析：电流增大时，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；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，灯泡亮度变化的问题 分析通、断电时，灯泡亮度变化问题，关键要搞清楚电路的连接情况，根据电路特点进行具体分析.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I1突然变大，然后逐渐减小达到稳定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态电流为I1、I2①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗②若I2＞I1，灯泡闪亮一下后逐渐变暗，两种情况灯泡电流方向均改变 命题视角1　对自感电动势的理解　（2018·南昌高二检测）关于线圈中自感电动势大小的说法中正确的是（　　）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.通过线圈的电流为最大值的瞬间，自感电动势最大[思路点拨] 影响自感电动势大小的两个因素：（1）线圈自感系数越大产生的自感电动势越大.（2）电流变化越快产生的自感电动势越大.[解析]　电感一定时，电流变化越快，越大，由E＝L知，自感电动势越大，A错，B对；线圈中电流为零时，电流的变化率不一定为零，自感电动势不一定为零，故C错；当通过线圈的电流最大时，电流的变化率为零，自感电动势为零，故D错.[答案]　B 命题视角2　对通电自感现象的分析　（2018·长沙一中高二检测）如图所示，电路中自感线圈电阻很小，可以忽略不计. R的阻值和L的自感系数都很大，A、B为两个完全相同的灯泡，电源为理想电源，当S闭合时，下列说法正确的是（　　）A.A比B先亮，然后A灭B.B比A先亮，然后A灯逐渐变亮C.A、B一起亮，然后A灭D.A、B一起亮，然后B灭[思路点拨] S闭合瞬间，含电感线圈的支路相当于断路；稳定后，自感线圈相当于导体.[解析]　S闭合时，由于与A灯串联的线圈L的自感系数很大，故圈上产生很大的自感电动势，阻碍电流的增大，所以B比A先亮，由于L的直流电阻很小，所以稳定后A灯的电流变大，A灯逐渐变亮，故A、C、D错误，B正确.[答案]　B 命题视角3　对断电自感现象的分析　（2018·济南外国语学校高二检测）如图甲、乙中，自感线圈L的电阻很小，接通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[思路点拨] [解析]　甲图中，灯泡A与电感线圈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，A、B错误；乙图中，灯泡A所在支路的电流比电感线圈所在支路的电流要小（因为电感线圈的电阻很小），断开开关S时，电感线圈的自感电动势要阻碍电流变小，此瞬间电感线圈中的电流不变，电感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，C错误，D正确.[答案]　D 命题视角4　对自感现象中图象问题的考查　（2018·陕西西安检测）如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，线圈的自感系数很大，线圈的直流电阻RL与灯泡的电阻R满足RL