新教材同步系列2024春高中物理第2章電磁感應第4節(jié)互感和自感學生用書粵教版選擇性必修第二冊

第四節(jié)互感和自感1．了解互感與自感現(xiàn)象，認識自感電動勢對電路中電流的影響。2．了解自感系數(shù)及自感電動勢的表達式E＝LΔI3．了解生活和生產中的自感現(xiàn)象的應用與防治。知識點一互感現(xiàn)象當線圈A中電流發(fā)生變化時，它產生的變化的磁場在線圈B中激發(fā)出了__________。根據(jù)______思想，線圈B中感應電流的變化，同時也會在線圈A中產生相應的感應電動勢。這種現(xiàn)象稱為互感，所產生的感應電動勢稱為__________。互感現(xiàn)象也可以發(fā)生在兩個互相靠近的____之間。知識點二自感現(xiàn)象1．自感現(xiàn)象：當線圈中的電流發(fā)生變化時，線圈本身產生的__________，阻礙原來電流變化的現(xiàn)象。2．通電自感和斷電自感項目電路現(xiàn)象自感電動勢的作用通電自感接通電源的瞬間，燈泡A1________________電流的增加斷電自感斷開開關的瞬間，燈泡A____________電流的減小3．自感電動勢在自感現(xiàn)象中產生的感應電動勢。知識點三自感系數(shù)1．定義：描述________自身特性的物理量，又稱自感或電感。2．物理意義：表示線圈產生自感電動勢本領大小的物理量。3．大小的決定因素：與線圈的大小、形狀、匝數(shù)以及有無____等因素有關。4．單位：國際單位是亨利，簡稱亨，符號是__，常用的還有毫亨(mH)和微亨(μH)，1H＝______mH＝______μH。知識點四生活、生產中的自感現(xiàn)象1．自感現(xiàn)象廣泛地存在于生活、生產之中。人們常常利用自感現(xiàn)象，比如通過斷電自感來產生____，日光燈、汽車發(fā)動機點火器、________________等都利用了這一原理。2．自感現(xiàn)象也會產生危害，生產中的大型電動機一般都有自感系數(shù)很大的線圈。當電路中開關斷開時，線圈會產生很大的自感電動勢，使開關的閘刀和固定夾片之間的空氣電離而變成導體，形成____。這不僅會燒壞開關，甚至還會危害到操作人員的安全，因此，切斷這種電路時必須采用特制的________。1．思考判斷(正確的畫“√”，錯誤的畫“×”)(1)自感現(xiàn)象是由于導體本身的電流發(fā)生變化而產生的電磁感應現(xiàn)象。 ()(2)線圈中自感電動勢的方向總與引起自感的原電流的方向相反。 ()(3)線圈中自感電動勢的大小與穿過線圈的磁通量變化的快慢有關。 ()(4)線圈的自感系數(shù)由線圈本身的因素及有無鐵芯決定。 ()(5)當電流增加時，自感電動勢的方向與原來的電流反向，當電流減小時與原來的電流同向。 ()2．通過一個線圈的電流在均勻增大時，則這個線圈的()A．自感系數(shù)也將均勻增大B．自感電動勢也將均勻增大C．磁通量保持不變D．自感系數(shù)和自感電動勢不變3．(多選)如圖所示，帶鐵芯的自感線圈的電阻與電阻R的阻值相同，A1和A2是兩個完全相同的電流表，則下列說法中正確的是()A．閉合S瞬間，電流表A1示數(shù)小于A2示數(shù)B．閉合S瞬間，電流表A1示數(shù)等于A2示數(shù)C．斷開S瞬間，電流表A1示數(shù)大于A2示數(shù)D．斷開S瞬間，電流表A1示數(shù)等于A2示數(shù)(1)如圖所示為一小型變壓器，其兩線圈并不連接，它們是怎樣完成能量傳遞的？(2)如圖所示，在演示斷電自感實驗時，有時燈泡D會閃亮一下，然后逐漸熄滅，你能說出是什么原因導致的嗎？互感現(xiàn)象的理解1．互感現(xiàn)象是一種常見的電磁感應現(xiàn)象，它不僅發(fā)生于繞在同一鐵芯上的兩個線圈之間，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電路傳到另一個電路。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)象有時會影響電路的正常工作，這時要求設法減小電路間的互感?！镜淅?】(多選)如圖所示是一種延時裝置的原理圖，當S1閉合時，電磁鐵F將銜鐵D吸下，C線路接通，當S1斷開時，由于電磁感應作用，D將延遲一段時間才被釋放。則()A．由于A線圈的電磁感應作用，才產生延時釋放D的作用B．由于B線圈的電磁感應作用，才產生延時釋放D的作用C．如果斷開B線圈的開關S2，無延時作用D．如果斷開B線圈的開關S2，延時時間變長[聽課記錄]當S1、S2均閉合時，電磁鐵F將銜鐵D吸下，C電路接通，當S1斷開時，線圈B中的磁通量變化，從而出現(xiàn)感應電流，致使電磁鐵F仍有磁性，延遲一段時間銜鐵D才被釋放，若S2處于斷開狀態(tài)，當S1斷開時，線圈B中不會有感應電流，則不會出現(xiàn)延遲現(xiàn)象。[跟進訓練]1．(2022·上海復旦附中高二期末)如圖所示，1831年法拉第把兩個線圈繞在一個鐵環(huán)上，A線圈與電源、滑動變阻器R組成一個回路，B線圈與開關S、電流表G組成另一個回路。通過多次實驗，法拉第終于總結出產生感應電流的條件。關于該實驗下列說法正確的是()A．閉合開關S的瞬間，電流表G中有a→b的感應電流B．閉合開關S的瞬間，電流表G中有b→a的感應電流C．閉合開關S后，在減小電阻R的過程中，電流表G中有a→b的感應電流D．閉合開關S后，在減小電阻R的過程中，電流表G中有b→a的感應電流自感現(xiàn)象的理解1．對自感現(xiàn)象的理解：自感現(xiàn)象是一種電磁感應現(xiàn)象，遵從法拉第電磁感應定律和楞次定律。2．對自感電動勢的理解(1)產生原因：通過線圈的電流發(fā)生變化，導致穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，因而在原線圈上產生感應電動勢。(2)自感電動勢的方向：當原電流增大時，自感電動勢的方向與原電流方向相反；當原電流減小時，自感電動勢方向與原電流方向相同(增反減同)。(3)自感電動勢的作用：阻礙原電流的變化，而不是阻止，電流仍在變化，只是使原電流的變化時間變長，即總是起著推遲電流變化的作用。3．對電感線圈阻礙作用的理解(1)若電路中的電流正在改變，電感線圈會產生自感電動勢阻礙電路中電流的變化，使得通過電感線圈的電流不能突變。(2)若電路中的電流是穩(wěn)定的，電感線圈相當于一段導線，其阻礙作用是由繞制線圈的導線的電阻引起的?！镜淅?】關于線圈中自感電動勢大小的說法中正確的是()A．電感一定時，電流變化越大，自感電動勢越大B．電感一定時，電流變化越快，自感電動勢越大C．通過線圈的電流為零的瞬間，自感電動勢為零D．通過線圈的電流為最大值的瞬間，自感電動勢最大[聽課記錄](1)電流變化時，電感線圈產生自感電動勢，對電流的變化有阻礙作用。(2)電流穩(wěn)定時，電感線圈不產生自感電動勢，相當于一段導體，阻值即為直流電阻。[跟進訓練]2．如圖所示的電路中，電源電動勢為E，線圈L的電阻不計。以下判斷正確的是()A．閉合S，穩(wěn)定后，電容器兩端電壓為EB．閉合S，穩(wěn)定后，電容器的a極帶正電C．斷開S的瞬間，電容器的a極板將帶正電D．斷開S的瞬間，電容器的a極板將帶負電通電自感與斷電自感問題通電自感與斷電自感的比較項目通電自感斷電自感電路圖器材要求A1、A2同規(guī)格，R＝RL，L較大L很大(有鐵芯)，RL?RA現(xiàn)象在S閉合瞬間，A2燈立即亮起來，A1燈逐漸變亮，最終一樣亮在開關S斷開時，燈A突然閃亮一下后再漸漸熄滅(當抽掉鐵芯后，重做實驗，斷開開關S時，會看到燈A馬上熄滅)原因由于開關閉合時，流過電感線圈的電流迅速增大，使線圈產生自感電動勢，阻礙電流的增大，使流過A1燈的電流比流過A2燈的電流增加得慢斷開開關S時，流過線圈L的電流減小，使線圈產生自感電動勢，阻礙電流的減小，使電流繼續(xù)存在一段時間；在S斷開后，通過L的電流反向通過電燈A，且由于RL?RA，使得流過A燈的電流在開關斷開瞬間突然增大，從而使A燈的發(fā)光功率突然變大能量轉化情況電能轉化為磁場能磁場能轉化為電能【典例3】(多選)圖中兩個電路是研究自感現(xiàn)象的電路，對實驗結果的描述正確的是()A．接通開關時，燈A2立即就亮，A1稍晚一會兒亮B．接通開關時，燈A1立即就亮，A2稍晚一會兒亮C．斷開開關時，燈A1立即熄滅，A2稍晚一會兒熄滅D．斷開開關時，燈A2立即熄滅，A1稍晚一會兒熄滅[思路點撥]①與線圈L串聯(lián)的燈泡與線圈中電流一定相等。②與線圈L并聯(lián)的燈泡的電流與線圈中電流可以不同。[聽課記錄]通、斷電自感現(xiàn)象的判斷技巧(1)通電時線圈產生的自感電動勢阻礙電流的增加，且與電流方向相反，使電流相對緩慢地增加。(2)斷電時線圈產生的自感電動勢與原電流方向相同，在與線圈串聯(lián)的回路中，線圈相當于電源，它提供的電流逐漸變小。(3)電流穩(wěn)定時，若線圈有電阻時就相當于一個定值電阻，若不計線圈的電阻時就相當于一根導線。[跟進訓練]3．如圖所示，a、b、c為三個相同的燈泡，額定電壓稍大于電源的電動勢，電源內阻可以忽略。L是一個本身電阻可忽略的電感線圈。開關S閉合，現(xiàn)突然斷開，已知在這一過程中燈泡都不會燒壞，則下列關于c燈泡的說法中正確的是()A．亮度保持不變B．將閃亮一下，而后逐漸熄滅C．將閃亮一下，而后逐漸恢復原來的亮度D．將變暗一下，而后逐漸恢復原來的亮度1．關于線圈的自感系數(shù)，下面說法正確的是()A．線圈的自感系數(shù)越大，自感電動勢一定越大B．線圈中的電流等于零時，自感系數(shù)也等于零C．線圈中電流變化越快，自感系數(shù)越小D．線圈的自感系數(shù)由線圈本身的因素及有無鐵芯決定2．(2022·湖北宜城第一中學高二期中)在如圖所示的電路中，A1和A2是兩個相同的燈泡。線圈L的自感系數(shù)足夠大，電阻可以忽略不計，下列說法正確的是()A．閉合開關S時，A2先亮，A1逐漸變亮B．閉合開關S時，A1和A2同時亮C．斷開開關S時，A2閃亮一下再熄滅D．斷開開關S時，流過A2的電流方向向左3．如圖是用電流傳感器(電流傳感器相當于電流表，其電阻可以忽略不計)研究自感現(xiàn)象的實驗電路，電源的電動勢為E，內阻為r，自感線圈L的自感系數(shù)足夠大，其直流電阻值大于燈泡D的阻值，在t＝0時刻閉合開關S，經(jīng)過一段時間后，在t＝t1時刻斷開開關S。在選項圖所示的圖像中，可能正確表示電流傳感器記錄的電流隨時間變化情況的是()ABCD4．某同學在做如圖所示的自感實驗中，燈泡兩端并聯(lián)了自感系數(shù)L很大的自感線圈，其直流電阻大于燈泡電阻。關于該實驗，下列說法正確的是()A．S接通瞬間，燈泡會逐漸變亮B．S接通穩(wěn)定時，燈泡會熄滅C．S斷開后的瞬間，燈泡的電流從右向左D．S斷開后，燈泡會閃亮一下再熄滅回歸本節(jié)內容，自我完成以下問題：1．什么叫互感現(xiàn)象？2．什么叫自感現(xiàn)象？3．自感電動勢對電流的作用？4．自感系數(shù)與哪些因素有關？日光燈日光燈正常發(fā)光時燈管兩端只允許通過較低的電流，所以加在燈管上的電壓略低于電源電壓，但是日光燈開始工作時需要一個較高電壓擊穿，所以在電路中加入了鎮(zhèn)流器，不僅可以在啟動時產生較高電壓，同時可以在日光燈工作時穩(wěn)定電流。如圖所示，當開關接通的時候，電源電壓立即通過鎮(zhèn)流器和燈管燈絲加到啟輝器的兩極。220伏的電壓立即使啟輝器的惰性氣體電離，產生輝光放電。輝光放電的熱量使雙金屬片受熱膨脹，輝光產生的熱量使U形動觸片膨脹伸長，跟靜觸片接通，電流通過鎮(zhèn)流器、啟輝器觸極和兩端燈絲構成通路。燈絲很快被電流加熱，發(fā)射出大量電子。這時，由于啟輝器兩極閉合，兩極間電壓為零，輝光放電消失，管內溫度降低；雙金屬片自動復位，兩極斷開。在兩極斷開的瞬間，電路電流突然切斷，鎮(zhèn)流器產生很大的自感電動勢，與電源電壓疊加后作用于管兩端。燈絲受熱時發(fā)射出來的大量電子，在燈管兩端高電壓作用下，以極大的速度由低電勢端向高電勢端運動。在加速運動的過程中，碰撞管內氬氣分子，使之迅速電離。氬氣電離生熱，熱量使水銀產生蒸氣，隨之水銀蒸氣也被電離，并發(fā)出強烈的紫外線。在紫外線的激發(fā)下，管壁內的熒光粉發(fā)出近乎白色的可見光。日光燈正常發(fā)光后。由于交流電不斷通過鎮(zhèn)流器的線圈，線圈中產生自感電動勢，自感電動勢阻礙線圈中的電流變化。鎮(zhèn)流器起到降壓限流的作用，使電流穩(wěn)定在燈管的額定電流范圍內，燈管兩端電壓也穩(wěn)定在額定工作電壓范圍內。鎮(zhèn)流器在啟動時和在正常工作時起什么作用？啟輝器中電容器的作用是什么？第四節(jié)互感和自感[必備知識·自主預習儲備]知識梳理知識點一感應電動勢對稱性互感電動勢電路知識點二1．感應電動勢2．較慢地亮起來阻礙逐漸變暗阻礙知識點三1．通電線圈3．鐵芯4．H103106知識點四1．高壓煤氣灶電子點火器2．電弧安全開關基礎自測1．(1)√(2)×(3)√(4)√(5)√2．D[線圈的磁通量與電流大小有關，電流增大，由法拉第電磁感應定律知，磁通量變化，C項錯誤；自感系數(shù)由線圈本身決定，與電流大小無關，A項錯誤；自感電動勢E＝LΔIΔt，與自感系數(shù)和電流變化率有關，對于給定的線圈，L一定，已知電流均勻增大，說明電流變化率恒定，故自感電動勢不變，B項錯誤，3．AD[閉合S瞬間，由于自感線圈L的阻礙，使得I1<I2，電流表A1示數(shù)小于A2示數(shù)，A正確，B錯誤；斷開S瞬間，自感線圈L與R形成閉合回路，因此電流表A1示數(shù)等于A2示數(shù)，C錯誤，D正確。][關鍵能力·情境探究達成]情境探究(1)提示：通過互感，能量從一個線圈傳遞到另一線圈。(2)提示：若線圈L的阻值RL小于燈泡阻值R0時，斷電前穩(wěn)定狀態(tài)下電流IL＞ID。斷電后L與D構成回路，斷電瞬間由于自感現(xiàn)象，IL將延遲減弱，則流過燈泡D的電流為IL大于原電流，所以會使燈泡閃亮一下后再逐漸熄滅。典例1BC[線圈A中的磁場隨開關S1的閉合而產生，隨S1的斷開而消失。當S1閉合時，線圈A中的磁場穿過線圈B，當S2閉合、S1斷開時，線圈A在線圈B中的磁場變弱，線圈B中有感應電流，B中電流產生的磁場繼續(xù)吸引D而起到延時的作用，所以選項B正確，A錯誤；若S2斷開，線圈B中不產生感應電流而起不到延時作用，所以選項C正確，D錯誤。]跟進訓練1．C[閉合與斷開開關S的瞬間，穿過線圈B的磁通量都不發(fā)生變化，電流表G中均無感應電流，故A、B錯誤；閉合開關S后，在減小電阻R的過程中，電流增大，則通過線圈B的磁通量增大，根據(jù)右手螺旋定則可確定穿過線圈B的磁場方向，再根據(jù)楞次定律可知電流表G中有a→b的感應電流，故C正確，D錯誤。]典例2B[由自感電動勢E＝LΔIΔt得L一定時，E與ΔIΔt成正比，即電感一定時，電流變化越快，自感電動勢越大，故A錯誤，B跟進訓練2．C[閉合S，穩(wěn)定后，線圈L相當于導線，則電容器被短路，則其電壓為零，故A錯誤；電容器的電壓為零，a極板不帶電，故B錯誤；斷開S的瞬間，線圈L中電流減小，產生自感電動勢，相當于電源，給電容器充電，根據(jù)線圈的電流方向不變，則電容器的a極板將帶正電，故C正確，D錯誤。]典例3AC[接通開關時，A2立即就亮，A1與線圈串聯(lián)，由于自感電動勢的作用，電流逐漸變大，所以A1稍晚一會兒亮，A正確；斷開開關時，A1立即熄滅，A2由于和線圈構成回路，回路中電流逐漸減小，所以稍晚一會兒熄滅，C正確。]跟進訓練3．C[當開關合上，穩(wěn)定后，燈泡a短路，不亮，b、c兩燈的電壓為電源電壓，通過L的電流為E電壓下燈泡工作電流的2倍。開關S斷開后，a、b燈串聯(lián)后與c燈并聯(lián)接到電路中，由于自感電動勢的作用，斷電瞬間，通過L的電流成為通過c的電流，即原電流的2倍，c燈閃亮，但是穩(wěn)定后c兩端的電壓仍是E，所以最終恢復原亮度，故A、B、D錯誤，C正確。][學習效果·隨堂評估自測]1．D[線圈的自感系數(shù)是由線圈本身的因素及有無鐵芯決定的，與有無電流、電流變化情況都沒有關系，故B、C錯誤，D正確；自感電動勢的大小除了與自感系數(shù)有關，還與電流的變化率有關，故A錯誤。]2．A[當開關S閉合時，燈A2立即發(fā)光。電流通過線圈，穿過線圈的磁通量增大，根據(jù)楞次定律可知線圈產生的感應電動勢與原來電流方向相反，阻礙電流的增大，電路的電流只能逐漸增大，所以A1逐漸亮起來，所以A2比A1先亮，由于線圈直流電阻忽略不計，當電流逐漸穩(wěn)定時，線圈不產生感應電動勢，兩燈電流相等，亮度相同，故A正確，B錯誤；穩(wěn)定后，當開關S斷開后，由于自感，線圈中的電流只能慢慢減小，其相當于電源，與燈泡A1和A2串聯(lián)