2017_2018学年高中物理第4章电磁感应6互感和自感同步备课教学案新人教版选修3_2

6 互感和自感

[学习目标] 1.了解互感现象及其应用.2.能够通过电磁感应的有关规律分析通电自感和断

电自感现象.3.了解自感电动势的表达式E ＝L ΔI Δt

，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、通电自感现象

[导学探究] 通电自感：如图1所示，开关S 闭合的时候两个灯泡的发光情况有什么不同？根据楞次定律结合电路图分析现象产生的原因．

图1

答案 现象：灯泡A 2立即发光，灯泡A 1逐渐亮起来．

原因：电路接通时，电流由零开始增加，穿过线圈L 的磁通量逐渐增加，为了阻碍磁通量的增加，感应电流产生的磁通量与原来电流产生的磁通量方向相反，则线圈中感应电动势方向与原来的电流方向相反，阻碍了L 中电流的增加，即推迟了电流达到实际值的时间．

[知识梳理] 自感及自感电动势的特点：

(1)自感：当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也在它本身激发出感应电动势．这种现象称为自感．由于自感而产生的感应电动势叫做自感电动势．

(2)当线圈中的电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反，阻碍电流的增大，但不能阻止电流的变化．

[即学即用] 判断下列说法的正误．

(1)在实际电路中，自感现象有害而无益．( )

(2)只要电路中有线圈，自感现象就会存在．( )

(3)线圈中的电流越大，自感现象越明显．( )

(4)线圈中的电流变化越快，自感现象越明显．( )

答案(1)×(2)×(3)×(4)√

二、断电自感现象

[导学探究] 断电自感：如图2所示，先闭合开关使灯泡发光，然后断开开关．

图2

(1)开关断开前后，流过灯泡的电流方向相同吗？

(2)在断开过程中，有时灯泡闪亮一下再熄灭，有时灯泡只会缓慢变暗直至熄灭，请分析上述两种现象的原因是什么？

答案(1)S闭合时，灯泡A中电流方向向左，S断开瞬间，灯泡A中电流方向向右，所以开关S断开前后，流过灯泡的电流方向相反．

(2)在电源断开后灯泡又闪亮一下的原因是灯泡断电后自感线圈中产生的感应电流比原灯泡中的电流大．要想使灯泡闪亮一下再熄灭，就必须使自感线圈的电阻小于与之并联的灯泡电阻．而当线圈电阻大于等于灯泡电阻时，灯泡就会缓慢变暗直至熄灭．

[知识梳理] 对断电自感现象的认识：

(1)当线圈中的电流减小时，自感电动势的方向与原电流方向相同；

(2)断电自感中，若断开开关瞬间通过灯泡的电流大于断开开关前的电流，灯泡会闪亮一下；若断开开关瞬间通过灯泡的电流小于等于断开开关前的电流，灯泡不会闪亮一下，而是逐渐变暗．

(3)自感电动势总是阻碍线圈中电流的变化，但不能阻止线圈中电流的变化．

[即学即用] 判断下列说法的正误．

(1)自感现象中，感应电流一定与原电流方向相反．( )

(2)发生断电自感时，因为断开电源之后电路中还有电流，所以不符合能量守恒定律．( )

(3)线圈的电阻很小，对恒定电流的阻碍作用很小．( )

答案(1)×(2)×(3)√

三、自感系数

[导学探究] 如图3所示，李辉在断开正在工作的电动机开关时，会产生电火花，这是为什么？

图3

答案 电动机中的线圈匝数很多，当电路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．

[知识梳理] 自感电动势及自感系数：

(1)自感电动势：E ＝L ΔI Δt

，其中L 是自感系数，简称自感或电感．单位：亨利，符号：H. (2)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．

[即学即用] 判断下列说法的正误．

(1)线圈中电流变化越快，自感系数越大．( )

(2)线圈的自感系数越大，自感电动势就一定越大．( )

(3)一个线圈中的电流均匀增大，自感电动势也均匀增大．( )

(4)线圈自感系数由线圈本身性质及有无铁芯决定．( )

答案 (1)× (2)× (3)× (4)√

一、互感现象的理解与应用

1．两个相互靠近的线圈，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．利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈，如变压器、收音机的磁性天线． 例1 (多选)如图4所示，是一种延时装置的原理图，当S 1闭合时，电磁铁F 将衔铁D 吸下，C 线路接通；当S 1断开时，由于电磁感应作用，D 将延迟一段时间才被释放．则 ( )

图4

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S 2，无延时作用

D ．如果断开B 线圈的开关S 2，延时将变化

答案 BC

解析 线圈A 中的磁场随开关S 1的闭合而产生，随S 1的断开而消失．当S 1闭合时，线圈A 中的磁场穿过线圈B ，当S 2闭合，S 1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B 正确，A 错误；若S 2断开，线圈B 中不产生感应电流而起不到延时作用，所以C 正确，D 错误．

二、自感现象的分析

例2如图5所示，电感线圈L的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计，L A、L B是两个相同的灯泡，且在下列实验中不会烧毁，电阻R2阻值约等于R1的两倍，则 ( )

图5

A．闭合开关S时，L A、L B同时达到最亮，且L B更亮一些

B．闭合开关S时，L A、L B均慢慢亮起来，且L A更亮一些

C．断开开关S时，L A慢慢熄灭，L B马上熄灭

D．断开开关S时，L A慢慢熄灭，L B闪亮后才慢慢熄灭

答案 D

解析由于灯泡L A与线圈L串联，灯泡L B与电阻R2串联，当S闭合的瞬间，通过线圈的电流突然增大，线圈产生自感电动势，阻碍电流的增加，所以L B先亮，A、B错误．由于L A所在的支路电阻阻值偏小，故稳定时电流大，即L A更亮一些，当S断开的瞬间，线圈产生自感电动势，两灯组成的串联电路中，电流从I A开始减小，故L A慢慢熄灭，L B闪亮后才慢慢熄灭，C错误，D正确．

自感线圈对电流的变化有阻碍作用，具体表现为：

(1)通电瞬间自感线圈处相当于断路．

(2)断电时，自感线圈相当于电源，其电流由原值逐渐减小，不会发生突变(必须有闭合回路)．

(3)电流稳定时自感线圈相当于导体，若其直流电阻忽略不计，则相当于导线．

针对训练(多选) 如图6所示，L为一纯电感线圈(即电阻为零)，L A是一灯泡，下列说法正确的是 ( )

图6

A．开关S闭合瞬间，无电流通过灯泡

B．开关S闭合后，电路稳定时，无电流通过灯泡

C．开关S断开瞬间，无电流通过灯泡

D．开关S闭合瞬间，灯泡中有从a到b的电流，而在开关S断开瞬间，灯泡中有从b到a 的电流

答案BD

解析开关S闭合瞬间，灯泡中的电流从a到b，A错误；线圈由于自感作用，通过它的电流逐渐增加，开关S接通后，电路稳定时，纯电感线圈对电流无阻碍作用，将灯泡短路，灯泡中无电流通过，B正确；开关S断开的瞬间，由于线圈的自感作用，线圈中原有向右的电流将逐渐减小，线圈与灯泡形成回路，故灯泡中有从b到a的瞬间电流，C错误，D正确．