版选修3_2.doc
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1、1第 6 节 互感和自感1.了解互感现象及其应用. 2.能够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 ,知道自感系数的决定因素. 4.了解自感现象中的能量转化. I t一、互感现象1.定义: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的现象.产生的电动势叫做互感电动势.2.应用:互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈,变压器、收音机的“磁性天线”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,互感现象有时会影响电路正常工作.二、自感现象和自感系数1.自感现象:
2、当一个线圈中的电流变化时,它产生的变化的磁场在它本身激发出感应电动势的现象.2.自感电动势:由于自感而产生的感应电动势.3.通电自感和断电自感电路 现象自感电动势的作用通电自感接通电源的瞬间,灯泡A1逐渐亮起来阻碍电流的增加断电自感断开开关的瞬间,灯泡A 逐渐变暗,直至熄灭(电感线圈的电阻和灯泡的电阻相当时)阻碍电流的减小4.自感电动势的大小E L ,其中 L 是自感系数,简称自感或电感,单位亨利,符号为 H.常用的单位还 I t有毫亨(mH) 、微亨(H).5.自感系数大小的决定因素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.三、磁场的能量1.自感现象中的磁场能量(1)线圈
3、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”.判一判 (1)两线圈相距较近时,可以产生互感现象,相距较远时,不产生互感现象.( )(2)只有闭合的回路才能产生互感.( )(3)线圈的自感系数与电流大小无关,与电流的变化率有关.( )(4)自感现象中,感应电流一定与原电流方向相反.( )(5)一个线圈中的电流均匀增大,自感电动势也均匀增大.( )提示:(1) (2) (3) (4) (5)做一做 如图所示,在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃
4、杯水.给线圈通入电流,一段时间后,一个容器中水温升高,则通入的电流与水温升高的是( )A.恒定直流、小铁锅B.恒定直流、玻璃杯C.变化的电流、小铁锅D.变化的电流、玻璃杯提示:选 C.通入恒定直流时,所产生的磁场不变,不会产生感应电流;通入变化的电流,所产生的磁场发生变化,在空间产生感生电场.铁锅是导体,感生电场在导体内产生电流,电能转化为内能,使水温升高;涡流是由变化的磁场在导体内产生的,所以玻璃杯中的水不会升温.想一想 断电自感的实验中,为什么开关断开后,灯泡的发光会持续一段时间?试从能量的角度加以解释.提示:开关断开后,线圈中储存的能量释放出来转化为电能,故灯泡发光会持续一段时间.对互感
5、现象的理解和应用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的电路之间.32.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,这时需要设法减小电路间的互感.在同一铁芯上绕着两个线圈,单刀双掷开关原来接在点 1,现把它从 1 扳向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 P Q,再由 Q PB.先由 Q P,再由 P QC.始终由 Q PD.始终由 P Q解析 单刀双掷开关接在点 1 上时, A 线圈中的电流恒定不变
6、,在铁芯中产生的磁场方向是沿铁芯自右向左.当单刀双掷开关由点 1 扳向点 2 的过程中,通过线圈 A 中的电流,先沿原方向减小到零,再由零增大到原电流值,所以 B 中产生的感应电流分两个阶段分析:(1)在 A 中电流沿原方向减小到零的过程中, A 的磁场自右向左也跟着减弱,导致穿过线圈 B 的磁通量在减小.由楞次定律知,线圈 B 中会产生右上左下的感应电流,即流过电阻 R 的电流方向是 P Q.(2)在 A 中电流由零增大到原方向的电流的过程中, A 的磁场自右向左也跟着增强,导致穿过线圈 B 的磁通量在增大.由楞次定律知,线圈 B 中会产生左上右下的感应电流,即通过电阻 R 的电流方向是 Q
7、 P.综上分析知,全过程中流过电阻 R 的电流方向先是 P Q,然后是 Q P,所以 A 对.答案 A(多选) a、 b 两金属环上下相隔一很小间距按图示方式放置, O1、 O2分别是 a 环、 b 环的圆心,其中 b 环面的一半面积刚好与固定 a 环正对,在 a 环中开关 S闭合的瞬间,下列说法正确的是( )A.b 环中有顺时针方向的感应电流B.b 环中有逆时针方向的感应电流C.b 环会沿 O1O2方向运动D.b 环会沿 O2O1方向运动4解析:选 BC.闭合 S 的瞬间, b 环中垂直纸面向里的磁通量增加,由楞次定律知 b 环中感应电流产生的磁场方向为垂直纸面向外,由右手定则判断 b 环中
8、感应电流为逆时针方向,故选项 A 错误,选项 B 正确;由楞次定律知,为了阻碍 b 环内磁通量的增大, b 环会朝着能适当减小与 a 环正对面积的方向移动,即 b 环沿 O1O2方向移动,即选项 C 正确,选项 D错误.对自感现象的理解和分析1.对自感电动势的理解(1)产生原因:通过线圈的电流发生变化,导致穿过线圈的磁通量发生变化,因而在原线圈上产生感应电动势.(2)自感电动势的方向:当原电流增大时,自感电动势的方向与原电流方向相反;当原电流减小时,自感电动势的方向与原电流方向相同(即增反减同).(3)自感电动势的作用:阻碍原电流的变化,而不是阻止,原电流仍在变化,只是使原电流的变化时间变长,
9、即总是起着推迟电流变化的作用.2.自感现象的分析思路(1)明确通过自感线圈的电流的变化情况(增大或减小).(2)根据“增反减同” ,判断自感电动势的方向.(3)阻碍结果分析:电流增大时,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;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.3.自感现象中,灯泡亮度变化的问题分析通、断电时,灯泡亮度变化问题,关键要搞清楚电路的连接情况,根据电路特点进行具体分析.与线圈串联的灯泡与线圈并联的灯泡电路图通电时 电流逐渐增大,灯泡逐渐变亮电流 I1突然变大,然后逐渐减小达到稳定断电时电
10、流逐渐减小灯泡逐渐变暗电流方向不变电路中稳态电流为 I1、 I2若 I2 I1,灯泡逐渐变暗若 I2 I1,灯泡闪亮一下后逐渐变暗,两种情况灯泡电流方向均改变命题视角 1 对自感电动势的理解5(2018 南昌高二检测)关于线圈中自感电动势大小的说法中正确的是( )A.电感一定时,电流变化越大,自感电动势越大B.电感一定时,电流变化越快,自感电动势越大C.通过线圈的电流为零的瞬间,自感电动势为零D.通过线圈的电流为最大值的瞬间,自感电动势最大思路点拨 影响自感电动势大小的两个因素:(1)线圈自感系数越大产生的自感电动势越大.(2)电流变化越快产生的自感电动势越大.解析 电感一定时,电流变化越快,
11、 越大,由 E L 知,自感电动势越大,A I t I t错,B 对;线圈中电流为零时,电流的变化率不一定为零,自感电动势不一定为零,故 C错;当通过线圈的电流最大时,电流的变化率为零,自感电动势为零,故 D 错.答案 B命题视角 2 对通电自感现象的分析(2018 长沙一中高二检测)如图所示,电路中自感线圈电阻很小,可以忽略不计. R 的阻值和 L 的自感系数都很大,A、B 为两个完全相同的灯泡,电源为理想电源,当 S 闭合时,下列说法正确的是( )A.A 比 B 先亮,然后 A 灭B.B 比 A 先亮,然后 A 灯逐渐变亮C.A、B 一起亮,然后 A 灭D.A、B 一起亮,然后 B 灭思路
12、点拨 S 闭合瞬间,含电感线圈的支路相当于断路;稳定后,自感线圈相当于导体.解析 S 闭合时,由于与 A 灯串联的线圈 L 的自感系数很大,故在线圈上产生很大的自感电动势,阻碍电流的增大,所以 B 比 A 先亮,由于 L 的直流电阻很小,所以稳定后A 灯的电流变大,A 灯逐渐变亮,故 A、C、D 错误,B 正确.答案 B命题视角 3 对断电自感现象的分析(2018 济南外国语学校高二检测)如图甲、乙中,自感线圈 L 的电阻很小,接通 S,使电路达到稳定,灯泡 A 发光,下列说法正确的是( )6A.在电路甲中,断开 S,A 将立即熄灭B.在电路甲中,断开 S,A 将先变得更亮,然后逐渐变暗C.在
13、电路乙中,断开 S,A 将逐渐变暗D.在电路乙中,断开 S,A 将先变得更亮,然后渐渐变暗思路点拨解析 甲图中,灯泡 A 与电感线圈 L 在同一个支路中,流过的电流相同,断开开关S 时,线圈 L 中的自感电动势的作用使得支路中的电流瞬时不变,以后渐渐变小,A、B 错误;乙图中,灯泡 A 所在支路的电流比电感线圈所在支路的电流要小(因为电感线圈的电阻很小) ,断开开关 S 时,电感线圈的自感电动势要阻碍电流变小,此瞬间电感线圈中的电流不变,电感线圈相当于一个电源给灯泡 A 供电.因此反向流过 A 的电流瞬间要变大,然后逐渐变小,所以灯泡要先更亮一下,然后渐渐变暗,C 错误,D 正确.答案 D命题
14、视角 4 对自感现象中图象问题的考查(2018 陕西西安检测)如图所示的电路中,电源的电动势为 E,内阻为 r,线圈的自感系数很大,线圈的直流电阻 RL与灯泡的电阻 R 满足 RLR.在 t0 时刻闭合开关S,经过一段时间后,在 t t1时刻断开 S.下列表示通过灯泡的电流随时间变化的图象中,正确的是( )7解析 当闭合开关时, L 会阻碍电流的增大,所以流过 L 的电流只能逐渐增大,流过 L 的电流增大,则流过干路的电流增大,则电源的内电阻消耗的电压增大,路端电压减小,所以流过灯泡的电流会逐渐减小,一直到电路稳定.正常工作时,由于自感线圈 L 直流电阻值小于灯泡的阻值,通过线圈 L 的电流大
15、于通过灯泡的电流;当断开开关,由于电感阻碍自身电流变化,产生的感应电流流过电阻,其方向与原来流过电阻的方向相反,且电流比灯泡原来的电流大,然后电流慢慢减小最后为 0,故 C 正确,A、B、D 错误.答案 C自感问题的分析技巧(1)当电路接通瞬间,自感线圈相当于断路;当电路稳定时,相当于电阻,如果线圈没有电阻,相当于导线(短路) ;当电路断开瞬间,自感线圈相当于电源,电流逐渐减小.(2)断开开关后,灯泡是否瞬间变得更亮,取决于电路稳定时两支路中电流的大小关系,即由两支路中电阻的大小关系决定.(3)若断开开关后,线圈与灯泡不能组成闭合回路,则灯泡会立即熄灭.(4)电流减小时,自感线圈中电流大小一定
16、小于原先所通的电流大小,但自感电动势可能大于原电源电动势.(5)在线圈中产生自感电动势,自感电动势阻碍电流的变化,但“阻碍”不是“阻止”, “阻碍”实质上是“延缓”. 【通关练习】1(2018四川遂宁检测)在如图所示的电路中,A 1和 A2是两个完全相同的灯泡,线圈 L 的自感系数足够大,电阻可以忽略不计下列说法中正确的是( )A合上开关 S,A 1先亮,A 2后亮,最后一样亮B断开开关 S,A 1和 A2都要过一会儿才熄灭8C断开开关 S,A 2闪亮一下再熄灭D断开开关 S,流过 A2的电流方向向右解析:选 B.当开关 S 闭合时,灯 A2立即发光通过线圈 L 的电流增大,穿过线圈的磁通量增
17、大,根据楞次定律线圈产生的感应电动势与原来电流方向相反,阻碍电流的增大,电路的电流只能逐渐增大,A 1逐渐亮起来线圈直流电阻忽略不计,当电流逐渐稳定时,线圈不产生感应电动势,两灯电流相等,亮度相同故 A 错误;稳定后当开关 S 断开后,由于自感,线圈中的电流只能慢慢减小,其相当于电源,与灯泡 A1、A 2构成闭合回路放电,两灯都过一会儿熄灭,由于当电流逐渐稳定时,两灯电流相等,所以断开开关 S 时,A 2不会再闪亮一下再熄灭;故 B 正确,C 错误;稳定后当开关 S 断开后,由于自感,线圈中的电流只能慢慢减小,其相当于电源,流过 A2的电流方向向左;故 D 错误2如图所示的电路中,电源的电动势
18、为 E,内阻为 r,电感 L 的电阻不计,电阻 R 的阻值大于灯泡 D 的阻值在 t0 时刻闭合开关 S,经过一段时间后,在 t t1时刻断开 S.下列表示 A、 B 两点间电压 UAB随时间 t 变化的图象中,正确的是( )解析:选 B.闭合开关 S 后,灯泡 D 直接发光,电感 L 的电流逐渐增大,电路中的总电流也将逐渐增大,电源内电压增大,则路端电压 UAB逐渐减小;断开开关 S 后,灯泡 D 中原来的电流突然消失,电感 L 与灯泡形成闭合回路,所以灯泡 D 中电流将反向,并逐渐减小为零,即 UAB反向逐渐减小为零,故选 B.随堂检测1.在制作精密电阻时,为了消除使用过程中由于电流变化而
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