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1、第四章电磁感应6互感和自感学习目标1.知道互感现象和互感电动势.2.知道自感现象和自感电动势.3.知道自感系数.4.会利用自感现象和互感现象解释相关问题.自主探究1.在法拉第的实验中,两个线圈之间并没有导线相连,但当一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的会在另一个线圈中产生,这种现象叫做互感.2.当一个线圈中的电流变化时,它产生的变化不仅在邻近的电路中激发出,同样也在它本身激发出.这种现象称为自感.3.自感系数L与线圈的、形状、以及是否有有关.国际单位是亨利(H),常用单位还有毫亨(mH)、微亨(H),1 H=mH=H.合作探究一、互感现象思考讨论:如图所示,改变滑动变阻器的电阻,会发生电磁
2、感应现象,思考讨论副线圈中的感应电流的情况.自主学习:阅读课本P22“互感现象”的内容,学习相关知识.归纳总结:1.互感是一种常见的现象,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的电路之间.2.磁场具有能量:利用互感现象可以把、信息由一个线圈传递到另一个线圈.3.互感现象的应用:、磁性天线、延时继电器等.二、自感现象(一)通电自感1.通电自感如图所示,在电路中两个灯泡A1和A2的规格相同,A1与线圈L串联后接到电源上,A2与可变电阻R串联后接到电源上.先闭合开关S,调节电阻R,使两个灯泡的亮度相同,再调节可变电阻R1,使它们都正常发光,然后断开开关S.重新接通电路,
3、注意观察,在开关S闭合的时候两个灯泡的发光情况.实验现象:在闭合开关S的瞬间,灯A2立刻正常发光,A1比A2迟一段时间才正常发光.提出问题:为什么会出现这种现象呢?线圈L的作用是什么?讨论小结:由于线圈L自身的磁通量增加,产生了感应电动势,这个感应电动势总是阻碍磁通量的变化,即阻碍线圈中电流的增加,故通过A1的电流不能立即增大,灯A1的亮度只能慢慢增加,最终与A2相同.2.断电自感如图所示,在电路中灯泡A与线圈并联后接到电源上.先闭合开关S使灯泡发光,然后断开开关,注意观察开关断开时灯泡的发光情况.思考讨论: (1)电源断开时,通过线圈L的电流减小,这时会出现感应电动势.感应电动势的作用是使线
4、圈L中的电流减小得更快些还是更慢些?(2)产生感应电动势的线圈可以看做一个电源,它能向外供电.由于开关已经断开,线圈提供的感应电流将沿什么途径流动?(3)开关断开后,通过灯泡的感应电流与原来通过它的电流方向是否一致?(4)开关断开后,通过灯泡的感应电流是否有可能比原来的电流更大?为了使实验的效果更明显,对线圈L应该有什么要求?归纳总结:1.在自感现象中,自感电动势的产生是由于导体本身的电流发生了变化而引起的,而自感电动势却总是导体中原来电流的变化.2. 开关闭合时线圈中有电流,电流产生磁场,储存在磁场中,开关断开时,线圈相当于,把磁场中的转化成电能.三、自感系数问题探究:自感电动势的大小与什么
5、因素有关呢?自主学习:阅读课本P24“自感系数”的内容,学习自感的相关知识.1. 自感电动势的大小与线圈中的电流的变化率成,比例系数与线圈的、形状、,以及是否有等因素有关,叫做自感系数,简称自感或电感.2.物理意义:自感表示线圈产生本领大小的物理量.3.单位:,简称,符号是.课堂检测1.通过一个线圈的电流在均匀增大时,这个线圈的()A.自感系数也将均匀增大B.自感电动势也将均匀增大C.磁通量也将均匀增大D.自感系数和自感电动势不变2.在如图所示的电路中,两个相同的小灯泡L1和L2分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器R.闭合开关S后,调整R,使L1和L2发光的亮度一样,此时流过两个灯泡
6、的电流均为I.然后,断开S.若t时刻再闭合S,则在t前后的一小段时间内,正确反映流过L1的电流i1、流过L2的电流i2随时间t变化的图象是()3.如图所示,LA和LB是两个相同的小灯泡,L是一个自感系数相当大的线圈,其电阻值与R相同.由于存在自感现象,在开关S闭合和断开时,灯LA和LB先后亮暗的顺序是()A.闭合时,LA先达最亮;断开时,LA后暗B.闭合时,LB先达最亮;断开时,LB后暗C.闭合时,LA先达最亮;断开时,LA先暗D.闭合时,LB先达最亮;断开时,LB先暗4.某同学为了验证断电自感现象,自己找来带铁芯的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E,用导线将它们连接成如图所示的电路.检查电路
7、后,闭合开关S,小灯泡发光;再断开开关S,小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象.虽经多次重复,仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象,他冥思苦想找不出原因.你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是()A.电源的内阻较大 B.小灯泡电阻偏大C.线圈电阻偏大 D.线圈的自感系数较大5.如图所示是测定自感系数很大的线圈L直流电阻的电路,L两端并联一电压表,用来测量自感线圈的直流电压,在测量完毕后,将电路解体时应()A.先断开S2 B.先断开S1C.先拆除电流表 D.先拆除电阻R6.如图所示的电路中,两个电流表G1和G2的零点都在刻度盘中央,当电流从“-”接线柱流入时,指针向右摆,当电流从“+”接线柱流入时,指
8、针向左摆,当电路接通并达到稳定时再断开的瞬间,下列说法符合实际的是()A.G1指针向左摆,G2指针向右摆B.G1指针向右摆,G2指针向左摆C.G1、G2的指针都向左摆D.G1、G2的指针都向右摆7.如图所示的电路中,三个灯泡L1、L2、L3的电阻关系为R1R2R3,电感L的电阻可忽略,D为理想二极管.开关S从闭合状态突然断开时,下列判断正确的是()A.L1逐渐变暗,L2、L3均先变亮,然后逐渐变暗B.L1逐渐变暗,L2立即熄灭,L3先变亮,然后逐渐变暗C.L2立即熄灭,L1、L3均逐渐变暗D.L1、L2、L3均先变亮,然后逐渐变暗8.如图所示的电路中,S闭合且稳定后流过电感线圈的电流是2 A,
9、流过灯泡的电流是1 A.将S突然断开,则S断开前后,能正确反映流过灯泡的电流I随时间t变化关系的图象是()9.如图所示,多匝线圈L的电阻和电池内阻不计,两个电阻的阻值都是R,开关S原来是断开的,电流I0=E2R,今合上开关S将一电阻短路,于是线圈有自感电动势产生,这个电动势()A.有阻碍电流的作用,最后电流由I0减小到零B.有阻碍电流的作用,最后电流总小于I0C.有阻碍电流增大的作用,因而电流将保持I0不变D.有阻碍电流增大的作用,但电流最后还是增大到2I010.如图所示,带铁芯的电感线圈的电阻与电阻器R的阻值相同,A1和A2是两个完全相同的双向电流表,则下列说法中正确的是()A.闭合S瞬间,
10、电流表A1示数小于A2示数B.闭合S瞬间,电流表A1示数等于A2示数C.断开S瞬间,电流表A1示数大于A2示数D.断开S瞬间,电流表A1示数等于A2示数11.在如图所示电路中,L是自感系数足够大的线圈(直流电阻不计),A、B为两只相同的灯泡.下列说法中正确的是()A.在S刚闭合时,A灯逐渐变亮,B灯立即变亮B.在S刚闭合时,两灯同时亮,然后A灯熄灭,B灯更亮C.在S闭合一段时间后,再将S断开,A、B两灯同时熄灭D.在S闭合一段时间后,再将S断开,A灯亮一会儿才熄灭,B灯立即熄灭12.如图所示,L为自感线圈,A是一个灯泡,在S闭合瞬间,A、B两点电势相比,点电势较高,在S断开瞬间,A、B两点电势
11、相比,点电势较高. 13.图中,电源的电动势E=15 V,内阻不计,R1=5 ,R2 =15 ,电感线圈的自感系数很大,线圈的直流电阻不计.求当S接通的瞬间、S接通后电流达到稳定时以及S切断瞬间流过R1的电流.参考答案自主探究1.磁场感应电动势2.磁场感应电动势感应电动势3.大小圈数铁芯103103合作探究一、互感现象思考讨论:原线圈的电流变化原线圈中的电流激发的磁场变化穿过副线圈的磁通量发生变化副线圈产生感应电动势闭合回路产生感应电流.归纳总结:1.电磁感应2.能量3.变压器二、自感现象思考讨论:(1)感应电动势的作用是阻碍电流的减小,使线圈中的电流减小得更慢.(2)线圈可以看做一个电源,感
12、应电流将沿着等效正极到灯泡A再到等效负极.(3)感应电流通过灯泡A的方向与原来的方向相反.(4)通过灯泡的感应电流可能比原来的电流大,线圈的电阻小会使实验效果明显.归纳总结:1.阻碍2.能量电源能量三、自感系数问题探究:自感电动势的大小跟其他感应电动势的大小一样,跟穿过线圈的磁通量的变化快慢有关.而在自感现象中,穿过线圈的磁通量是由电流引起的,故自感电动势的大小跟导体中电流变化的快慢有关.根据法拉第电磁感应定律可得,EtBtItE=LIt.自主学习:1.正比大小圈数铁芯2.自感电动势3.亨利亨H课堂检测1.CD解析:自感系数由线圈本身决定,与电流的大小无关,A项错误;线圈的磁通量与电流的大小有
13、关,电流增大,磁通量增大,故C项正确;自感电动势E=LIt,与自感系数和电流变化率有关,对于给定的线圈,L一定,已知电流均匀增大,说明电流变化率恒定,故自感电动势不变,B项错误,D项正确.2.B解析:闭合S后,由于电感线圈的自感作用,i1逐渐增大,最终达到稳定值,而i2直接从某一最大值减小到某一稳定值后保持不变,所以B项正确.3.A4.C解析:开关断开时延时熄灭现象的显著程度取决于电路闭合时线圈L中的电流I1和灯泡A中电流I2的大小关系.当I1比I2大时,开关断开时,灯泡会先亮一下,再熄灭.I1比I2大得越多,灯泡的延时熄灭现象越显著.电路闭合时线圈L和灯泡A并联,由并联电路特点可知,线圈电阻
14、偏大时,I1就偏小,延时现象就不明显,B项错误,C项正确;电源内阻的大小对电流I1和I2的大小关系没有影响,A项错误;线圈的自感系数大,产生的自感电动势也大,阻碍作用就越强,灯泡延迟熄灭的时间应越长,D项错误.5.B解析:在断开电路瞬间,线圈会产生自感现象,由于线圈的自感系数很大,产生的自感电动势很大,若先切断S2的话,自感电动势就加在电压表上,可能将电压表烧毁;若先断开S1的话,就切断了自感电动势的释放回路,可避免事故的发生.6.A解析:S断开的瞬间,L、R、G1、G2组成了一个新的回路,新回路的等效电源阻碍L中向右的电流减小,所以回路中还有顺时针方向的电流, A项正确.7.B解析:开关S从
15、闭合状态突然断开时,L中产生向右的自感电动势,L1逐渐变暗,L2立即熄灭,L3先变亮,然后逐渐变暗,B项正确.8.D解析:开关S断开前,通过灯泡的电流是稳定的,其值为1 A.开关S断开瞬间,灯泡支路的电流立即减为零,但是含自感线圈的支路由于自感现象会产生与线圈中原电流方向相同的感应电动势,使线圈中的电流从原来的2 A逐渐减小,方向不变,且由于它和灯泡构成回路,通过灯泡的电流和线圈L中的电流相同,也应该是从2 A逐渐减小为零,但是方向与原来通过灯泡的电流的方向相反,D项正确.9.D解析:开关S由断开到闭合,回路中的电流要增大,因而在L上要产生自感电动势.根据楞次定律,自感电动势总是要阻碍引起它的
16、电流的变化,这就是说由于电流增加引起的自感电动势.因此要阻碍原电流的增加,是阻碍不是阻止,电流仍要增大,而达到稳定后其电流为2I0,D项正确.10.AD解析:开关S闭合瞬间,线圈L产生自感电动势阻碍电流增大,所以此时电流表A1中电流小于电流表A2中电流,A项正确;开关断开时,线圈L与A1、A2和R构成回路,线圈L中产生自感电动势,阻碍电流减小,所以A1、A2中电流也逐渐减小,但始终相等,D项正确.11.BD解析:S闭合的瞬间,由于自感的作用,L上的电流只能逐渐增大,所以开始时A、B灯同时亮,A项错误;当稳定后,由于L的电阻为零,把A灯短路,所以A灯熄灭,B灯更亮,B项正确;S断开的瞬间,由于自
17、感的作用,使与线圈相连的A灯亮一会儿才熄灭,而B灯立即熄灭,C项错误,D项正确.12.解析:开关接通的瞬间,线圈的自感作用将阻碍电流的增加,故A端电势高;断开开关的瞬间,线圈中自感电动势的方向与原电流的方向相同,B端电势高.答案:AB13.解析:S刚接通的时刻,通过电感线圈的电流不能突变,由于接通前电感线圈中的电流为零,所以在S刚接通的时刻,R1中的电流I1=0.当S接通后电流达到稳定时,直流电阻不计的电感线圈犹如一根无电阻导线,故电路中的R1、R2并联.电源的内阻不计,可得R1中的电流I1=ER1=155 A=3 A.S刚断开的时刻,因为电感线圈的电流不能突变,所以流过R1的电流I1=I1=3 A且I1的方向与I1的方向相同(自左向右通过R1).需要指出的是,S断开的那一时刻,电流自右向左通过R2,电流I2大小等于I1(即为3 A);而S接通的那一时刻,电流是自左向右通过R2的,电流的大小I2=1 A.答案:当S刚接通的瞬间流过R1的电流I1=0;稳定时,R1中电流I1=ER1=155 A=3 A;S断开瞬间流过R1的电流I1=I1=3 A.