2.4互感和自感 学案(含答案)
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1、第第 4 4 节节 互感和自感互感和自感 核心 素养 目标 物理观念 了解互感和自感现象。了解自感系数由哪些因素决定。 科学思维 理解互感和自感现象产生的机理,能解释有关现象。 科学探究 通过实验,观察开关闭合和断开时灯泡的发光情况。 科学态度与责任 在生产和生活中,能利用和防止互感和自感现象。 知识点一 互感现象 观图助学 法拉第发现电磁感应现象的电路如图所示,利用的就是互感现象。所以互感是电磁感应现象的 一种。 1.互感: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,这种现象叫互感。 2.应用:利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一
2、个线圈,如变压器就是利用互感现象 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,有时会 影响电路的正常工作。 思维拓展 如图是法拉第实验线圈。在实验中,两个线圈并没有用导线连接。 (1)当线圈 L1中有电流时,另一个线圈 L2中是否会产生感应电流? (2)当线圈 L1中的电流变化时,在另一个线圈 L2中为什么会产生感应电动势呢? 提示 (1)不一定。当线圈 L1中的电流为恒定电流时,在其周围空间产生的磁场不变,则在另 一个线圈 L2中就不会产生感应电流。只有当线圈 L1中的电流变化时,在其周围空间产生变化 的磁场,此时会在另一个线圈 L2中产生感应电流
3、。 (2)当线圈 L1中的电流变化时,穿过两个线圈的磁通量都会变化,在另一个线圈 L2中就会产生 感应电动势。 互感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,还可以发生 于任何两个相互靠近的电路之间。 知识点二 自感现象 观图助学 让几位同学“串联”在电路中, 电源只需 1 节干电池即可。 闭合开关 S 前, 学生的体验“无 感觉”; 闭合开关 S 后,学生的体验“无感觉”; 断开开关 S 瞬间,同学突然受到电击“迅速收回双手”。 这是为什么呢? 1.定义:当一个线圈中的电流发生变化时,它产生的变化的磁场也在线圈本身激发出感应电动 势的现象叫自感,由于自感而产生的感应
4、电动势叫作自感电动势。 2.自感系数 (1)自感电动势的大小:ELI t,式中 L 是比例系数,叫作自感系数,简称自感或电感。 (2)决定因素:线圈的大小、形状、圈数以及是否有铁芯等。 (3)单位:亨利,简称亨,符号是 H。常用单位还有毫亨(mH)、微亨(H)。 思考判断 (1)自感现象中,感应电流方向一定和原电流方向相反。() (2)线圈中产生的自感电动势较大时,其自感系数一定较大。() (3)对于同一线圈,当电流变化较快时,线圈中的自感电动势较大。() (4)一个线圈中的电流均匀增大,自感电动势也均匀增大。() 断开开关 S,线圈中电流变小,线圈中产生自感电流以阻碍电路中原电流的减小,所以
5、人会受 到电击。 自感电动势的产生同样遵从法拉第电磁感应定律,只是磁场的变化是由电路变化引起的。 线圈的长度越长,截面积越大,单位长度上匝数越多,线圈的自感系数越大,线圈有铁芯比无 铁芯时自感系数大得多。 知识点三 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”。 核心要点 对互感现象的理解 要点归纳 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
6、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,这时要求设法减小电路间 的互感。 试题案例 例 1 (多选)如图所示是一种延时装置的原理图,当 S1闭合时,电磁铁 F 将衔 铁 D 吸下,C 线路接通,当 S1断开时,由于电磁感应作用,D 将延迟一段时 间才被释放。则( ) A.由于 A 线圈的电磁感应作用,才产生延时释放 D 的作用 B.由于 B 线圈的电磁感应作用,才产生延时释放 D 的作用 C.如果断开 B 线圈的开关 S2,无延时作用 D.如果断开 B 线圈的开关 S2,延时将变
7、化 解析 线圈 A 中的磁场随开关 S1的闭合而产生,随 S1的断开而消失。当 S1闭合时,线圈 A 中的磁场穿过线圈 B,当 S2闭合,S1断开时,线圈 A 在线圈 B 中的磁场变弱,线圈 B 中有感 应电流,B 中电流的磁场继续吸引 D 而起到延时的作用,所以选项 B 正确,A 错误;若 S2断 开,线圈 B 中不产生感应电流而起不到延时作用,所以选项 C 正确,D 错误。 答案 BC 针对训练 1 在同一铁芯上绕着两个线圈,单刀双掷开关原来接在 1 处,现 把它从 1 扳到 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 PQ,再由 QP B.先由 QP,再
8、由 PQ C.由 QP D.由 PQ 解析 开关由 1 扳到 2,线圈 A 中电流产生的磁场由右变为向左,即线圈 B 中磁场向右,先减 小后反向增加,由楞次定律可得 R 中电流由 QP,C 正确。 答案 C 核心要点 对自感现象的理解 要点归纳 1.自感现象问题的处理技巧 (1)通电自感:线圈相当于一个变化的电阻阻值由无穷大逐渐减小,通电瞬间自感线圈处 相当于断路。 (2)断电自感:断电时自感线圈处相当于电源,自感电动势由某值逐渐减小到 0。 (3)电流稳定时,理想的自感线圈相当于导线,非理想的自感线圈相当于定值电阻。 2.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
9、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。 试题案例 例 2 (多选)如图甲、乙所示的电路中,电阻 R 和自感线圈 L 的电阻值都很小,且小于灯泡 A 的电阻,接通 S,使电路达到稳定,灯泡 A 发光,则( ) A.在电路甲中,断开 S 后,A 将逐渐变暗 B.在电路甲中,断开 S 后,A 将先变得更亮,然后才逐渐变暗 C.在电路乙中,断开 S 后,A 将逐渐变暗
10、 D.在电路乙中,断开 S 后,A 将先变得更亮,然后才逐渐变暗 解析 题图甲所示电路中,灯 A 和线圈 L 串联,电流相同,断开 S 时,线圈上产生自感电动 势,阻碍原电流的减小,通过 R、A 形成回路,灯 A 逐渐变暗,选项 A 正确,B 错误;题图 乙所示电路中,电阻 R 和灯 A 串联,灯 A 的电阻大于线圈 L 的电阻,通过灯 A 的电流则小于 线圈 L 中的电流,断开 S 时,电源不给灯供电,而线圈 L 产生自感电动势阻碍电流的减小, 通过 R、A 形成回路,灯 A 中电流比原来大,A 将变得更亮,然后逐渐变暗,选项 C 错误,D 正确。 答案 AD 例 3 (多选)如图所示的电路
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