高中物理 第四章 電磁感應(yīng) 6 互感和自感課件 新人教版選修3-2.ppt

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自主學(xué)習(xí)·基礎(chǔ)知識(shí),6 互感和自感 [學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.了解互感現(xiàn)象及互感現(xiàn)象的應(yīng)用．(重點(diǎn)) 2.了解自感現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)自感電動(dòng)勢(shì)對(duì)電路中電流的影響．(難點(diǎn)) 3.了解自感系數(shù)的意義和決定因素．(重點(diǎn)) 4.知道磁場(chǎng)具有能量．(難點(diǎn)),合作探究·重難疑點(diǎn),解題技巧·素養(yǎng)培優(yōu),1．互感現(xiàn)象 (1)定義 兩個(gè)相互靠近的線(xiàn)圈，當(dāng)一個(gè)線(xiàn)圈中的電流______時(shí)，它所產(chǎn)生的變化的磁場(chǎng)會(huì)在另一個(gè)線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象．產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫做___________．,變化,互感電動(dòng)勢(shì),(2)應(yīng)用 互感現(xiàn)象可以把______由一個(gè)線(xiàn)圈傳遞到另一個(gè)線(xiàn)圈， ________、收音機(jī)的“__________”就是利用互感現(xiàn)象制成的． (3)危害 互感現(xiàn)象能發(fā)生在任何兩個(gè)相互靠近的電路之間，在電力工程中和電子電路中，有時(shí)會(huì)影響電路正常工作．,能量,變壓器,磁性天線(xiàn),2．自感現(xiàn)象 (1)定義 當(dāng)一個(gè)線(xiàn)圈中的電流______時(shí)，它所產(chǎn)生的______的磁場(chǎng)在它本身激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象．產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫作___________． (2)通電自感和斷電自感,變化,變化,自感電動(dòng)勢(shì),較慢地亮起來(lái),阻礙,逐漸變暗,阻礙,自感電動(dòng)勢(shì)的作用是什么？方向如何判斷？ 【提示】 作用：總是阻礙導(dǎo)體中原電流的變化． 方向：當(dāng)原電流增大時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)與原電流方向相反；當(dāng)原電流減小時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)與原電流方向相同．,1．互感現(xiàn)象只能發(fā)生于繞在同一鐵芯的兩個(gè)線(xiàn)圈之間，而不可能產(chǎn)生于相互靠近的電路之間．( ) 2．互感現(xiàn)象和自感現(xiàn)象均屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象．( ) 3．自感現(xiàn)象中感應(yīng)電流的方向一定與引起自感的原電流的方向相反．( ),×,√,×,亨利,H,大小,形狀,圈數(shù),鐵芯,2．磁場(chǎng)的能量 (1)線(xiàn)圈中電流從無(wú)到有時(shí)，磁場(chǎng)從無(wú)到有，電源的能量輸送給______，儲(chǔ)存在_____中． (2)線(xiàn)圈中電流減小時(shí)，______中的能量釋放出來(lái)轉(zhuǎn)化為電能．,線(xiàn)圈,磁場(chǎng),線(xiàn)圈,在演示斷電自感時(shí)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后小燈泡并不立即熄滅，這一現(xiàn)象是否違背了能量守恒定律？小燈泡消耗的電能是從何處獲得的？ 【提示】 線(xiàn)圈中有電流時(shí)，線(xiàn)圈就具有了磁場(chǎng)能，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后，線(xiàn)圈相當(dāng)于電源，線(xiàn)圈中所儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能，給燈泡提供能量，這一現(xiàn)象并不違背能量守恒定律．,1．線(xiàn)圈的自感系數(shù)大，其電阻不一定大．( ) 2．在斷開(kāi)電路時(shí)，與線(xiàn)圈并聯(lián)的燈泡會(huì)亮一下后再逐漸熄滅，說(shuō)明能量不再守恒了．( ) 3．自感系數(shù)越大，自感電動(dòng)勢(shì)不一定越大．( ),√,×,√,預(yù)習(xí)完成后，請(qǐng)把你認(rèn)為難以解決的問(wèn)題記錄在下面的表格中,學(xué)生分組探究一 對(duì)互感現(xiàn)象和自感現(xiàn)象的理解 第1步探究——分層設(shè)問(wèn)，破解疑難 如圖4-6-1為互感線(xiàn)圈． 圖4-6-1,1．互感現(xiàn)象中能量是怎樣轉(zhuǎn)化的？ 【提示】 互感現(xiàn)象中能量是依靠原線(xiàn)圈電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)能，磁場(chǎng)能通過(guò)鐵芯傳遞到另一線(xiàn)圈，又轉(zhuǎn)化為電能． 2．電感線(xiàn)圈在電路中的作用是什么？ 【提示】 阻礙電流的變化．,3．自感電動(dòng)勢(shì)怎樣產(chǎn)生？如何確定其方向？ 【提示】 通過(guò)線(xiàn)圈的電流發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)致穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；其方向根據(jù)原電流的變化進(jìn)行判斷．,第2步結(jié)論——自我總結(jié)，素能培養(yǎng) 1．對(duì)互感現(xiàn)象的理解 (1)互感現(xiàn)象是一種常見(jiàn)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，它不僅發(fā)生于繞在同一鐵芯上的兩個(gè)線(xiàn)圈之間，而且可以發(fā)生于任何相互靠近的電路之間． (2)互感現(xiàn)象可以把能量由一個(gè)電路傳到另一個(gè)電路．變壓器就是利用互感現(xiàn)象制成的． (3)在電力工程和電子電路中，互感現(xiàn)象有時(shí)會(huì)影響電路的正常工作，這時(shí)要求設(shè)法減小電路間的互感．,2．對(duì)自感現(xiàn)象的理解 (1)對(duì)自感現(xiàn)象的理解 自感現(xiàn)象是一種電磁感應(yīng)現(xiàn)象，遵守法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律． (2)對(duì)自感電動(dòng)勢(shì)的理解 ①產(chǎn)生原因 通過(guò)線(xiàn)圈的電流發(fā)生變化，導(dǎo)致穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量發(fā)生變化，因而在原線(xiàn)圈上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．,②自感電動(dòng)勢(shì)的方向 當(dāng)原電流增大時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)的方向與原電流方向相反；當(dāng)原電流減小時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)的方向與原電流方向相同(即：增反減同)． ③自感電動(dòng)勢(shì)的作用 阻礙原電流的變化，而不是阻止，原電流仍在變化，只是使原電流的變化時(shí)間變長(zhǎng)，即總是起著推遲電流變化的作用．,(3)對(duì)電感線(xiàn)圈阻礙作用的理解 ①若電路中的電流正在改變，電感線(xiàn)圈會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電路中電流的變化，使得通過(guò)電感線(xiàn)圈的電流不能突變． ②若電路中的電流是穩(wěn)定的，電感線(xiàn)圈相當(dāng)于一段導(dǎo)線(xiàn)，其阻礙作用是由繞制線(xiàn)圈的導(dǎo)線(xiàn)的電阻引起的．,第3步例證——典例印證，思維深化 (多選)(2014·湖南瀏陽(yáng)高二檢測(cè))如圖4-6-2所示的電路中，是自感系數(shù)很大的線(xiàn)圈，但其自身的電阻幾乎為零．LA、LB是兩個(gè)相同的燈泡，下列說(shuō)法中正確的是( ) A．開(kāi)關(guān)S由斷開(kāi)變?yōu)殚]合，LA、LB 同時(shí)發(fā)光，之后亮度不變 B．開(kāi)關(guān)S由斷開(kāi)變?yōu)殚]合，LA立 即發(fā)光，之后又逐漸熄滅,C．開(kāi)關(guān)S由閉合變?yōu)閿嚅_(kāi)的瞬間，LA、LB同時(shí)熄滅 D．開(kāi)關(guān)S由閉合變?yōu)閿嚅_(kāi)的瞬間，LA再次發(fā)光，之后又逐漸熄滅 【思路點(diǎn)撥】 (1)電流變化時(shí)，電感線(xiàn)圈對(duì)電流的變化有阻礙作用． (2)電流穩(wěn)定時(shí)，電感線(xiàn)圈相當(dāng)于一段導(dǎo)線(xiàn)的作用．,【解析】 S閉合的瞬間，通過(guò)L的電流從無(wú)到有發(fā)生變化，從而產(chǎn)生阻礙作用，LA有電流通過(guò)而發(fā)光；電流穩(wěn)定通后過(guò)L的電流恒定無(wú)阻礙作用，LA被L短路兩端無(wú)電壓而熄滅，所以A錯(cuò)B正確，開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)的瞬間，通過(guò)L的電流減小而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(或說(shuō)阻礙電流的減小)從而有電流通過(guò)LA再次發(fā)光，故C錯(cuò)，D正確． 【答案】 BD,自感電動(dòng)勢(shì)的作用 從開(kāi)關(guān)S閉合到電路中電流穩(wěn)定，由于自感電動(dòng)勢(shì)的作用，線(xiàn)圈中電流逐漸增大，與線(xiàn)圈串聯(lián)的元件中的電流也逐漸增大；與線(xiàn)圈并聯(lián)的元件中的電流開(kāi)始較大，以后逐漸減?。?第4步巧練——精選習(xí)題，落實(shí)強(qiáng)化 1．(多選)如圖4-6-3所示的電路中，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻r不能忽略．R1和R2是兩個(gè)定值電阻，L是一個(gè)自感系數(shù)較大、電阻可忽略的線(xiàn)圈．開(kāi)關(guān)S原來(lái)是斷開(kāi)的，從閉合開(kāi)關(guān)S到電路中電流達(dá)到穩(wěn)定為止的時(shí)間內(nèi)，通過(guò)R1的電流I1和通過(guò)R2的電流I2的變化情況是( ) A．I1開(kāi)始較大而后逐漸變小 B．I1開(kāi)始很小而后逐漸變大 C．I2開(kāi)始很小而后逐漸變大 圖4-6-3,D．I2開(kāi)始較大而后逐漸變小 【解析】 閉合開(kāi)關(guān)S時(shí)，由于L是一個(gè)自感系數(shù)較大的線(xiàn)圈，產(chǎn)生反向的自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的變化，所以開(kāi)始I2很小，隨著電流達(dá)到穩(wěn)定，自感作用減小，I2開(kāi)始逐漸變大．閉合開(kāi)關(guān)S時(shí)，由于線(xiàn)圈阻礙作用很大，路端電壓較大，所以開(kāi)始電流I1較大，隨著自感作用減小，路端電壓減小，所以R1上的電壓逐漸減小，電流I1逐漸減小，故選項(xiàng)A、C正確． 【答案】 AC,A．有阻礙電流的作用，最后電流由I0減小到零 B．有阻礙電流的作用，最后電流總小于I0 C．有阻礙電流增大的作用，因而電流將保持I0不變 D．有阻礙電流增大的作用，但電流最后還是增大到2I0 【解析】 開(kāi)關(guān)S由斷開(kāi)到閉合，回路中的電流要增大，因而在L上要產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)楞次定律，自感電動(dòng)勢(shì)總是要阻礙引起它的電流的變化，這就是說(shuō)由于電流增加引起的自感電動(dòng)勢(shì)要阻礙原電流的增加，,但阻礙不是阻止，電流仍要增大，而達(dá)到穩(wěn)定后其電流為2I0.選項(xiàng)D正確． 【答案】 D,學(xué)生分組探究二 通電自感和斷電自感 第1步探究——分層設(shè)問(wèn)，破解疑難 1．如圖4-6-5所示，L是自感系數(shù)足夠大的線(xiàn)圈，電阻可忽略不計(jì)，D1、D2和D3是三個(gè)完全相同的燈泡． 圖4-6-5,請(qǐng)?zhí)骄恳韵聨讉€(gè)問(wèn)題： (1)開(kāi)關(guān)S閉合后，三個(gè)燈泡的亮度變化情況如何？ (2)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)后，三個(gè)燈泡的亮度變化情況如何？ 【提示】 (1)電感線(xiàn)圈L的自感系數(shù)足夠大，對(duì)電流的阻礙作用很強(qiáng)，S閉合瞬間，線(xiàn)圈L中的電流幾乎為零，電源立即給D1、D2和D3三個(gè)燈泡供電，三個(gè)燈泡同時(shí)亮．當(dāng)電流逐漸穩(wěn)定，線(xiàn)圈L產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)消失，線(xiàn)圈L起到“短路”作用，使得D1、D2熄滅，D3變得更亮．,(2)S斷開(kāi)時(shí)，電源不再供電，D3立即熄滅，線(xiàn)圈L產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)與D1、D2構(gòu)成回路，使得D1、D2亮一下再慢慢熄滅．,2．如圖4-6-6所示，一毛同學(xué)用多用電表的歐姆擋測(cè)量一個(gè)線(xiàn)圈的電阻，以判斷它是否斷路．為方便測(cè)量，同桌的二毛同學(xué)用雙手分別握住線(xiàn)圈裸露的兩端，一毛用兩表筆與線(xiàn)圈兩端接觸，讀出阻值， 再將表筆與線(xiàn)圈斷開(kāi)．在測(cè) 量的過(guò)程中，二毛在某瞬間 感到有強(qiáng)烈的電擊感， 對(duì)此現(xiàn)象，應(yīng)如何解釋?zhuān)?圖4-6-6,【提示】 當(dāng)表筆與線(xiàn)圈斷開(kāi)時(shí)，由于通過(guò)線(xiàn)圈的電流突然減小到零，故在線(xiàn)圈中產(chǎn)生很大的自感電動(dòng)勢(shì)，因二毛同學(xué)用雙手分別握住線(xiàn)圈裸露的兩端，故會(huì)感覺(jué)有電擊感．,第2步結(jié)論——自我總結(jié)，素能培養(yǎng) 1．自感現(xiàn)象,2.燈泡亮度變化,,,第3步例證——典例印證，思維深化 如圖4-6-7所示，電路中電源內(nèi)阻不能忽略，電阻R的阻值和線(xiàn)圈L的自感系數(shù)都很大，A、B為兩個(gè)完全相同的燈泡，當(dāng)S閉合時(shí)，下列說(shuō)法正確的是( ) 圖4-6-7,A．A比B先亮，然后A滅 B．B比A先亮，然后B逐漸變暗 C．A、B一起亮，然后A滅 D．A、B一起亮，然后B滅 【思路點(diǎn)撥】 (1)電流變化時(shí)，電感線(xiàn)圈對(duì)電流的變化有阻礙作用； (2)電流穩(wěn)定時(shí)，電感線(xiàn)圈相當(dāng)于一段導(dǎo)線(xiàn)的作用．,【解析】 S閉合時(shí)，由于與A燈串聯(lián)的線(xiàn)圈L的自感系數(shù)很大，故在線(xiàn)圈上產(chǎn)生很大的自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙電流的增大，所以B比A先亮，故選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤；穩(wěn)定后，總電阻減小，路端電壓減小，流過(guò)B燈支路的電流減小，所以B燈逐漸變暗，故選項(xiàng)B正確． 【答案】 B,自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流變化的兩種表現(xiàn) 當(dāng)原電路斷開(kāi)時(shí)，線(xiàn)圈的自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的減小，此時(shí)線(xiàn)圈在新的電路中相當(dāng)于一個(gè)電源，表現(xiàn)為兩個(gè)方面：一個(gè)是自感電動(dòng)勢(shì)所對(duì)應(yīng)的電流方向與原來(lái)線(xiàn)圈中電流方向一致；二是在斷電瞬間，自感電動(dòng)勢(shì)所對(duì)應(yīng)的電流大小與原電流大小相等，以后此電流開(kāi)始緩慢減小到零．總之，通過(guò)線(xiàn)圈的電流不能突變．,第4步巧練——精選習(xí)題，落實(shí)強(qiáng)化 1．如圖4-6-8所示電路中，L為一自感系數(shù)較大的線(xiàn)圈，電鍵S閉合電路穩(wěn)定后，電阻R2和線(xiàn)圈L均有電流通過(guò)．現(xiàn)將電鍵S斷開(kāi)瞬間( ) 圖4-6-8,A．流經(jīng)R2和L的電流方向都向左 B．流經(jīng)R2和L的電流方向都向右 C．流經(jīng)R2的電流方向向右，流經(jīng)L的電流方向向左 D．流經(jīng)R2的電流方向向左，流經(jīng)L的電流方向向右 【解析】 電路穩(wěn)定時(shí)L的電流方向都向左，電鍵斷開(kāi)瞬間，L相當(dāng)于電源與R2組成閉合回路，流經(jīng)R2的電流方向向右，流經(jīng)L的電流方向向左，故選項(xiàng)C正確． 【答案】 C,2．如圖4-6-9(a)、(b)中，電阻R和自感線(xiàn)圈L的電阻值相等，接通開(kāi)關(guān)S，使電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，燈泡D發(fā)光，則下列說(shuō)法正確的是( ) 圖4-6-9,①在電路(a)中，斷開(kāi)S，D將漸漸變暗 ②在電路(a)中，斷開(kāi)S，D將先變得更亮，然后漸漸變暗 ③在電路(b)中，斷開(kāi)S，D將漸漸變暗 ④在電路(b)中，斷開(kāi)S，D將先變得更亮，然后漸漸變暗 A．①③ B．②③ C．②④ D．①④,【解析】 在電路(a)中自感線(xiàn)圈L與燈泡D串聯(lián)，D與L電流相等，斷開(kāi)S時(shí)線(xiàn)圈產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)將使D與L中的電流從穩(wěn)定狀態(tài)逐漸減弱，D將漸漸變暗．在電路(b)中，L與D并聯(lián)，由電阻R和自感線(xiàn)圈L的電阻值相等可推知，穩(wěn)定時(shí)L中電流比D中電流大，斷開(kāi)S的瞬間，L中電流從穩(wěn)定值逐漸減小，故S斷開(kāi)瞬間，通過(guò)燈泡D的電流先變大后逐漸減弱，D將先變得更亮，然后漸漸變暗，故選項(xiàng)D正確． 【答案】 D,自感現(xiàn)象的分析思路 自感現(xiàn)象的分析，通常包括通電自感和斷電自感兩類(lèi)基本問(wèn)題．對(duì)通、斷電自感現(xiàn)象進(jìn)行分析，首先要明確引起自感現(xiàn)象的原因，即通過(guò)自感線(xiàn)圈的電流怎樣變化，是增大還是減?。?dāng)電流增大時(shí)(如通電)，自感電動(dòng)勢(shì)方向與電流方向相反，阻礙電流增大；當(dāng)電流減小時(shí)(如斷電)，自感電動(dòng)勢(shì)方向與電流方向相同，阻礙電流減小．另外還必須弄清電流的方向，特別是斷電時(shí)的電流流向．,必須注意，斷電時(shí)自感電流的大小不會(huì)超過(guò)斷電前瞬間線(xiàn)圈中電流的大?。?如圖4-6-10所示的電路中，S閉合且穩(wěn)定后流過(guò)電感線(xiàn)圈的電流是2 A，流過(guò)燈泡的電流是1 A．將S突然斷開(kāi)，則S斷開(kāi)前后，能正確反映流過(guò)燈泡的電流I隨時(shí)間t變化關(guān)系的是圖中的( ) 圖4-6-10,【思路點(diǎn)撥】 解答此題時(shí)，應(yīng)先要搞清楚研究什么元件上的電流隨時(shí)間的變化關(guān)系；然后再根據(jù)線(xiàn)圈的自感電動(dòng)勢(shì)引起的感應(yīng)電流的方向與原來(lái)電流的方向是相同還是相反、大小如何等因素來(lái)確定圖象．,【解析】 S斷開(kāi)前，通過(guò)燈泡D的電流是穩(wěn)定的，其值為1 A．S斷開(kāi)瞬間，燈泡支路的電流立即減為零，但是自感線(xiàn)圈的支路由于自感現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生與線(xiàn)圈中原電流方向相同的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使線(xiàn)圈中的電流將從原來(lái)的2 A逐漸減小，方向不變，且由于它和燈泡D構(gòu)成回路，通過(guò)燈泡D的電流和線(xiàn)圈L中的電流相同，也應(yīng)該是從2 A逐漸減小為零，但是方向與原來(lái)通過(guò)燈泡D的電流方向相反，故選D. 【答案】 D,[先看名師指津] 如圖4-6-11所示，燈泡中的電流是突然變大還是變小(也就是說(shuō)燈泡是否突然變得更亮一下)，就取決于I2與I1誰(shuí)大誰(shuí)小，也就是取決于R和r誰(shuí)大誰(shuí)小的問(wèn)題． (1)如果R＞r，就有I1＞I2，燈 泡會(huì)先更亮一下才熄滅； (2)如果R＝r，燈泡會(huì)由原 亮度漸漸熄滅； (3)如果R＜r，燈泡會(huì)先立即暗一些，然后漸漸熄滅．,[再演練應(yīng)用] 如圖4-6-12所示的電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，電感L的電阻不計(jì)，電阻R的阻值大于燈泡D的阻值．在t＝0時(shí)刻閉合開(kāi)關(guān)S，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，在t＝t1時(shí)刻斷開(kāi)S.下列表示A、B兩點(diǎn)間電壓UAB隨時(shí)間t變化的圖象中，正確的是( ) 圖4-6-12,