高中物理选修3-2人教版学案设计 4.6《互感和自感》

互感和自感
知识梳理
1.互感现象：绕在同一铁芯上的两个线圈，当其中一个线圈上的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生_______________，这种现象就叫互感.
2.自感现象：当一个线圈中的电流发生变化时，它所产生的变化磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也会在它本身激发出感应电动势.这种由于导体本身的___________而使自身产生电磁感应的现象叫做自感.
3.自感电动势：由于自感而产生的_____________叫做自感电动势.
4.自感系数：自感系数L简称自感或电感，它跟线圈的大小、形状、圈数以及是否有铁芯等因素有关，线圈的横截面积越__________、线圈绕制得越__________、匝数越__________，它的自感系数就越大，另外有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时__________.单位：__________，符号是H.常用的还有__________（mH）和__________（μH），换算关系是：1 H=__________mH=__________μH.
5.磁场的能量：线圈中有电流，就有磁场，__________就储存在磁场中.
疑难突破
如何理解线圈内自感电动势的方向？
剖析：自感电动势的作用总是阻碍导体中电流的变化，其方向总是跟导体中电流的变化相反，所以研究自感电动势的方向要从研究导体中电流的变化着手.
如图甲所示，当开关S接通的瞬间，L内的电流方向是由左向右，当S闭合后，由于电路的总电阻减小，闭合瞬间L内电流增大，L内产生的自感电动势阻碍其电流增大，所以自感电动势的方向向左.
图甲图乙
如图乙所示的电路原是闭合的，当开关S断开瞬间，流经L内向右的电流减小，L内产生的自感电动势阻碍电流减小，这时D点电势比C点电势高，流经灯A的电流是感应电流，方向D→A→C.
可见当导体中的电流增大时，自感电动势就阻碍电流的增大，其方向与电流的方向相反.
当导体中的电流减小时，自感电动势就阻碍电流的减小，其方向与电流方向相同，对电流的减小起到补偿作用.
问题探究
问题：如何设计实验，进行比较通电自感和断电自感？
探究：1.实验电路
甲图为通电自感实验，图乙为断电实验.
说明：图甲中调节R 后使A 1、A 2两灯泡亮度相同，在图乙中流过线圈L 的电流大于通过灯泡A 的电流，即I L >I A .
图甲 图乙
2.实验现象 在图甲中，闭合开关S ，灯泡A 2立刻正常发光，而跟线圈L 串联的灯泡A 1却是逐渐亮起来.
在图乙中，断开开关S ，灯泡A 并非立即熄灭，而是过会才逐渐熄灭.
3.实验分析
现象分析：上述两种实验电路中有一个共同点，那就是闭合开关或断开开关时，流过线圈的电流都发生变化.
说明：①自感现象是一种特殊的电磁感应现象.
②在断电自感实验中，S 断开前后，流过灯泡A 的电流方向相反.
探究结论：通过实验探究，可以发现穿过线路的磁通量发生变化时，线路中就产生感应电动势，在自感现象中，由于流过线圈的电流发生变化，导致穿过线圈的磁通量发生变化而产生自感电动势.
典题精讲
【例1】 关于线圈的自感系数，下面说法正确的是（ ）
A.线圈的自感系数越大，自感电动势一定越大
B.线圈中电流等于零时，自感系数也等于零
C.线圈中电流变化越快，自感系数越大
D.线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定
思路解析：线圈的自感系数与线圈的形状、长短，匝数及有无铁芯有关，与线圈中的电流无关，B 、C 错，D 对.由E 自=L
t
I ∆∆知，自感系数越大，自感电动势不一定越大. 答案：D
【例2】如图所示的电路中，A1和A2是完全相同的灯泡，线圈L的电阻可以忽略，下列说法正确的是（）
A.合上开关S接通电路时，A2先亮，A1后亮，最后一样亮
B.合上开关S接通电路时，A1和A2始终一样亮
C.断开开关S切断电路时，A2立即熄灭，A1过一会儿才熄灭
D.断开开关S切断电路时，A1和A2都要过一会儿熄灭
思路解析：本题考查了对通电自感和断电自感现象的理解，以及纯电感线圈在电流稳定时相当于一根短路导线，通电瞬间，L中有自感电动势产生，与L在同一支路的灯A1要逐渐变亮，而A2和电源构成回路则立即亮；稳定后，A1与A2并联，两灯一样亮，断开开关瞬间，L中有自感电动势，相当于电源，与A1、A2构成回路，所以两灯都过一会儿才熄灭.
答案：AD
知识导学
本节要学习的自感现象是一种特殊的电磁感应现象，要明白自感现象的规律都符合电磁感应现象的一般规律.导体本身的电流变化，引起磁通量变化，这是产生自感现象的原因；而根据楞次定律，自感电动势的作用是阻碍电流变化，即当电流增大时，自感电动势阻碍电流增大，当电流减小时，自感电动势阻碍电流减小.
自感现象十分普遍，只要电路中电流发生变化，都会有程度不同的自感现象发生，我们需要利用它时，就可设法增大自感系数，反之，则设法减小自感系数.课本中从利、害两方面举了不同的例子，所以我们要全面认识问题，趋利避害.
疑难导析
理解自感电动势，就必须了解自感现象的特殊性，具特殊性在于产生原磁场和产生感应电动势的是同一导体.其次还要了解到自然现象产生的原因，其原因是导体本身的电流发生变化而引起穿过自身的磁通量的变化，从而产生感应电动势.
再次，自感现象的变化规律符合电磁感应现象的一般规律如法拉第电磁感应定律和楞次定律，所以在学习过程中，要把这两大定律运用自如.
问题导思
做实验的目的在于能对实验本质有更深一层的理解.
在通电自感中，由于线圈中电流增大，线圈产生的自感电动势要阻碍电流的增大，电流的增大变缓，所以与自感线圈相串联的灯泡A会逐渐变亮.在断电自感中，断开电路，电路中电流变小，但自感线圈仍然能与其他用电器构成回路，自感线圈中产生感应电流，阻碍电
路中电流的减小，这样与线圈构成回路的电灯A会过会儿才熄灭，这个时候自感线圈相当于一个给电灯A供电的电源，如果电灯A中电流原来较小，在断开开关的瞬间，通过电灯A的电流突然增大，电灯才会突然闪一下再熄灭.
典题导考
【典题变式1】关于线圈的自感系数下列说法正确的是（）
A.线圈中产生的自感电动势越大，线圈的自感系数一定越大
B.线圈中的电流变化越快，自感系数越大
C.线圈中的电流为零时，自感系数也为零
D.线圈的自感系数是由线圈本身的几何尺寸及铁芯情况决定的量
思路解析：线圈的自感系数由线圈本身结构的特点决定.
答案：D
【典题变式2】如图所示，A1和A2是两个相同的小灯泡，L是自感系数相当大的线圈，其电阻阻值与R相同，由于存在自感现象，在开关S接通和断开时，灯A1、A2亮暗的先后顺序是（）
A.接通时，A1先达最亮；断开时，A1后暗
B.接通时，A2先达最亮；断开时，A2后暗
C.接通时，A1、A2同时达最亮；断开时，A1后暗
D.接通时，A2先达最亮；断开时，A1后暗
答案：A。