1、人教版高中物理选修二2.4 2.4 互感和自感互感和自感人教版高中物理选修二人教版高中物理选修二人教版高中物理选修二目录新知导入第 一 部 分新知探究第 二 部 分新知应用第 三 部 分课堂小结第 四 部 分选择巩固第 五 部 分 两个线圈两个线圈A A、B B之间并没有导线相连，线圈之间并没有导线相连，线圈A A与手机（或与手机（或MP3MP3等）的音频输出端连接，线圈等）的音频输出端连接，线圈B B与扩音器的输入端连接。把线圈与扩音器的输入端连接。把线圈A A插入线圈插入线圈B B时就能在扩音器上听见由手机输出的声音，这是为什么？时就能在扩音器上听见由手机输出的声音，这是为什么？新知导入新
2、知导入18311831年，法拉第把两个线圈绕在一个铁环上。年，法拉第把两个线圈绕在一个铁环上。法拉第：历经法拉第：历经1010年，年，“痴痴”心不改，心不改，他在他在18311831年年8 8月月2929日的日记中写下了首次成功的记录。日的日记中写下了首次成功的记录。一个线圈接一个线圈接电源电源G电源电源法拉第用过的线圈法拉第用过的线圈另一个线圈接另一个线圈接“电流表电流表”当给一个线圈当给一个线圈通电通电或或断电断电的的瞬间瞬间，在另一个线圈上出现了电流。，在另一个线圈上出现了电流。新知导入新知导入1.定义：当一个线圈中电流变化时，在另一个线圈中产生感应电动势的现象。2.互感现象中产生的感应
3、电动势，称为互感电动势。新知探究新知探究新知探究新知探究收音机里的“磁性天线”传递能量传递信息3.互感现象应用：变压器新知探究新知探究无线充电技术无线充电技术原理原理电力输入电力输入线圈线圈电力接收电力接收线圈线圈输出输出感应电流感应电流输入输入交流电交流电手机开始充电时手机开始充电时，底座同时亮起了一圈呼吸灯，底座同时亮起了一圈呼吸灯，互感。互感。3.互感现象应用：新知探究新知探究4 4、互感的危害与防止、互感的危害与防止影响因素：形状、大小、匝数、有无铁芯、相对位置等。影响因素：形状、大小、匝数、有无铁芯、相对位置等。实际上互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，也可以发生在任何两
4、实际上互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，也可以发生在任何两个个相互靠近相互靠近的电路之间。会影响电路的正常工作。的电路之间。会影响电路的正常工作。互感的防止电路板互感的防止电路板新知探究新知探究判断正误。判断正误。(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。互感现象。()(2)在实际生活中，有的互感现象是有害的，有的互感现象可以利用。在实际生活中，有的互感现象是有害的，有的互感现象可以利用。()(3)只有闭合的回路才能产生互感。只有闭合的回路才能产生互感。()(4)变压器是利用互感现象制成的。变压器是
5、利用互感现象制成的。()新知应用新知应用在无线电仪器中，常需要在距离较近处安装两个线圈，并要求当一个线圈中有电流变化时，对另一个线圈中的电流的影响尽量小。则图中两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是()【解析】互相垂直的线圈由于产生的磁场互相垂直，因而影响较小，D正确。D新知应用新知应用(多选)如图所示，一电子以初速度v沿与金属板平行的方向飞入M、N极板间，发现电子向M板偏转，则可能是()A.开关S闭合瞬间B开关S由闭合到断开瞬间C开关S是闭合的，变阻器滑片P向左迅速滑动D开关S是闭合的，变阻器滑片P向右迅速滑动【解析】开关S接通瞬间，根据安培定则，穿过线圈的磁通量向右增加，由楞次定律知在右侧
6、线圈中感应电流的磁场方向向左，产生左正右负的电动势，电子向M板偏转，A正确；断开开关S瞬间，穿过线圈的磁通量减少，由楞次定律知在右侧线圈中产生左负右正的电动势，电子向N板偏转，B错误；接通S后，变阻器滑片向左迅速滑动，电阻减小，电流增大，穿过线圈的磁通量增加，由楞次定律知在右侧线圈中产生左正右负的电动势，电子向M板偏转，C正确；接通S后，变阻器滑片向右迅速滑动，电阻增大，电流减小，穿过线圈的磁通量减少，由楞次定律知在右侧线圈中感应出左负右正的电动势，电子向N板偏转，D错误。AC新知应用新知应用(多选)某同学设计的家庭电路保护装置如图所示，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成，当右侧线圈L2中产
7、生电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K，从而切断家庭电路。仅考虑L1在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的有()A.家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零B家庭电路中使用的电器增多时，L2中的磁通量不变C家庭电路发生短路时，开关K将被电磁铁吸起D地面上的人接触火线发生触电时，开关K将被电磁铁吸起【解析】家庭电路正常工作时，零线和火线中的电流大小相等、方向始终相反，在L1中产生的磁场方向始终相反，磁场相互叠加，L1、L2中的磁通量为零，A项正确；家庭电路中使用的电器增多及电路发生短路时，零线和火线中的电流变大，但大小仍然相等，电流方向始终相反，L1、L2中的磁通量仍为零，不变，B项正确
8、，C项错误；地面上的人接触火线发生触电时，零线和火线中的电流大小不相等，L1中的磁通量不为零且发生变化，L2中的磁通量不为零且发生变化，线圈L2中产生感应电流，此时开关K将被电磁铁吸起，D项正确。ABD新知应用新知应用思考与讨论：SABRIAB原原B感感 EIAIB电源当线圈中电流发生变化时，自身的回路中是否还有电磁感应现象呢？如何解释实验现象？如何设计实验电路？预测一下实验现象？新知探究新知探究2.2.自感现象中产生的感应电动势，称为自感现象中产生的感应电动势，称为自感电动势自感电动势。1.1.定义：由于线圈定义：由于线圈本身的电流本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。发生变化而产生的电磁
9、感应现象。电感分析：分析：通过电感线圈I 电动势，阻碍增加B原B感E感通电自感现象：现象：在闭合开关瞬间，灯A2立刻正常发光，A1却缓慢发光，比A2迟一会儿才正常发光。新知探究新知探究SBR预测一下实验现象？如何改进实验电路？线圈中电流增加时,会产生自感电动势，那么线圈中电流减少时，又会怎么样呢？如何解释实验现象？思考与讨论：IIB原原 EIB感感A新知探究新知探究思考：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思考：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更大？为了使实验？为了使实验的效果更明显，对线圈的效果更明显，对线圈L L应该有什么应该有什么要求要求？线圈线圈
10、L L中的感应电流要从稳定时的值开始逐渐减小，所以线圈的直流电阻要小于中的感应电流要从稳定时的值开始逐渐减小，所以线圈的直流电阻要小于灯泡的电阻。灯泡的电阻。实验验证：实验验证：断断电自感，电自感，新知探究新知探究通电自感通电自感：A A2 2立刻就正常发光，立刻就正常发光，A A1 1逐渐变亮。逐渐变亮。断电自感断电自感：A A1 1和和A A2 2缓慢熄灭缓慢熄灭当当I IL LIIA A2 2则，则，A A2 2就会就会闪亮闪亮一下再熄灭一下再熄灭当当I IL LIIA A2 2则，则，A A2 2就会缓慢的熄灭就会缓慢的熄灭断电前线圈与灯泡断电前线圈与灯泡串联串联，则，则I I感感与与
11、I I原原同向同向。通电自感通电自感：A A灯立刻就正常发光，随后缓慢变暗，灯立刻就正常发光，随后缓慢变暗，甚至熄灭甚至熄灭断电自感断电自感：A A灯灯缓慢熄灭缓慢熄灭当当I IL LIIA A则，灯泡就会则，灯泡就会闪亮闪亮一下再熄灭一下再熄灭当当I IL LIIA A则，灯泡就会缓慢的熄灭则，灯泡就会缓慢的熄灭断电前线圈与灯泡断电前线圈与灯泡并联并联，则，则I I感感与与I I原原反向反向。新知探究新知探究用传感器研究自感现象 iA、iBt oSRAB数据采集感器电流传感器A电流传感器B新知探究新知探究用电流传感器显示自感对电流的影响：用电流传感器显示自感对电流的影响：开关闭合时电流是逐渐
12、增大的开关闭合时电流是逐渐增大的去掉电感线圈去掉电感线圈开关闭合时电流是瞬间增大开关闭合时电流是瞬间增大用传感器研究自感现象新知探究新知探究用电流传感器显示自感对电流的影响：用电流传感器显示自感对电流的影响：开关断开前后通过电阻开关断开前后通过电阻R R的电流方向不同的电流方向不同用传感器研究自感现象新知探究新知探究自感电动势的大小：自感电动势的大小：tEItIEtILE自感系数自感系数L L越大，越大，E E越大，对电流阻碍越大越大，对电流阻碍越大新知探究新知探究描述线圈产生自感电动势本领大小的物理量2.决定因素决定因素线圈的圈数是否有铁芯线圈的大小线圈的形状亨利（H）Hm HH、361H1
13、0 m H10H1.物理意义物理意义:3.单位：单位：甲 一条导线弯了几匝的线圈乙 空芯线圈，丙 在铁芯上绕了几千匝的线圈，甲乙丙新知探究新知探究约瑟夫亨利 Henry Joseph 1797-1878 美国著名物理学家，1867年起，任美国科学院第一任院长;1829年制成了能提起一吨重铁块的电磁铁；1830年发现电磁感应现象，比法拉第早一年；1832年发现了电流的自感现象；从来不申请专利 无偿贡献给社会新知探究新知探究名称:擦出电火花！器材:干电池一节、小线圈一只、导线若干。要求:构建电路，能看到电火花的闪现；能体会到轻微的电击感。电路:ba体验自感新知探究新知探究5.自感现象的防止新知探究
14、新知探究4.自感现象的应用新知探究新知探究L很大5.自感现象的防止油浸开关油浸开关双线绕双线绕法法新知探究新知探究思考判断思考判断(1)自感现象中，感应电流方向一定和原电流方向相反。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。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。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。一个线圈中的电流均匀增大，自感电动势也均匀增大。()新知应用新知应用断电自感：开关
15、断开后，灯泡的发光还能断电自感：开关断开后，灯泡的发光还能维持一小段时间，能量是从哪里来的？维持一小段时间，能量是从哪里来的？自感自感线圈线圈电流磁场电流磁场磁场能磁场能1.1.磁场能：储存在磁场中的能量磁场能：储存在磁场中的能量2.2.电的电的“惯性惯性”新知探究新知探究判断正误。判断正误。(1)有电流的线圈能量储存在磁场中。有电流的线圈能量储存在磁场中。()(2)断电自感中，灯泡的能量来源于磁场。断电自感中，灯泡的能量来源于磁场。()(3)通电自感中，电源把能量输送给磁场。通电自感中，电源把能量输送给磁场。()(4)线圈的自感系数越大，自感现象越明显，线圈能够体现电的线圈的自感系数越大，自
16、感现象越明显，线圈能够体现电的“惯性惯性”。()新知应用新知应用小宇为了研究自感现象，利用实验室提供的实验器材设计了如图所示的电路，其中甲、乙为两个完全相同的小灯泡，L为自感系数很大的线圈，且稳定时的电阻与电路中定值电阻R的阻值相同。则下列说法正确的是()A开关闭合的瞬间，甲、乙两灯同时变亮B断开开关的瞬间，甲灯立即熄灭，乙灯过一会儿后熄灭C闭合开关，当电路稳定时甲、乙两灯的亮度相同D断开开关的瞬间，m点的电势高于n点的电势【解析】开关闭合的瞬间，由于线圈中自感电动势的阻碍，甲灯先亮，乙灯后亮，故A项错误。断开开关的瞬间，线圈中产生自感电动势，甲、乙两灯串联在一起构成闭合回路，两灯同时逐渐熄灭
17、，故B项错误。闭合开关，当电路稳定后，自感作用消失，又由于稳定时线圈的电阻与电路中的定值电阻R的阻值相同，则稳定时通过甲、乙两灯的电流相等，两灯亮度相同，故C项正确。断开开关的瞬间，线圈中产生自感电动势，线圈中的电流方向与断开开关前相同，线圈的右端相当于电源的正极，与甲、乙两灯泡和定值电阻构成回路，n点的电势高于m点的电势，故D项错误。C新知应用新知应用课堂小结课堂小结.(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，A将渐渐变暗B在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗C在电路乙中，
18、断开S，A将渐渐变暗D在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗【解析】在电路甲中，断开S，由于线圈产生自感电动势阻碍电流变小，导致回路中的电流逐渐减小，A将逐渐变暗，故A正确，B错误；在电路乙中，由于电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，所以通过灯泡的电流比线圈的电流小，断开S时，由于线圈阻碍电流变小，于是原来通过线圈的电流通过灯泡形成新的回路，由于通过灯泡A的电流比原来的大，导致A将变得更亮一下，然后逐渐变暗，故C错误，D正确。AD新知巩固新知巩固(多选)如图所示，L是自感系数较大的线圈，其直流电阻可忽略不计，a、b、c是三个相同的小灯泡，下列说法正确的是()A开关S闭合时，b、c灯立即
19、变亮，a灯逐渐变亮B开关S闭合，电路稳定后，b、c灯亮，a灯不亮C开关S断开时，b、c灯立即熄灭，a灯逐渐熄灭D开关S断开时，c灯立即熄灭，a、b灯逐渐熄灭【解析】灯a与线圈L串联，当开关S闭合时，灯b、c立即变亮。通过线圈L的电流增大，穿过线圈的磁通量增大，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，电路的电流逐渐增大，a逐渐亮起来。由于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，a、b两灯电流相等，亮度相同，故A正确、B错误；稳定后，当开关S断开时，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a、b构成闭合回路，a、b两灯都逐渐熄灭，
20、而c灯立即熄灭，故C错误、D正确。AD新知巩固新知巩固.如图所示，将两端刮掉绝缘漆的导线绕在一把锉刀上，一端接上电池如图所示，将两端刮掉绝缘漆的导线绕在一把锉刀上，一端接上电池(电池另一电池另一极与锉刀接触极与锉刀接触)，手执导线的另一端，在锉刀上来回滑动，由于锉刀表面凹凸不平，手执导线的另一端，在锉刀上来回滑动，由于锉刀表面凹凸不平，就会产生电火花。下列说法正确的是就会产生电火花。下列说法正确的是()A.A.火花是由于摩擦生热引起的火花是由于摩擦生热引起的B B如导线端只向一个方向滑动也能产生电火花如导线端只向一个方向滑动也能产生电火花C C要产生电火花，锉刀必须由铁磁性材料做成要产生电火花
21、，锉刀必须由铁磁性材料做成D D事实上，导线另一端只要保持与锉刀良好接触而不滑动，也会产生电火花事实上，导线另一端只要保持与锉刀良好接触而不滑动，也会产生电火花【解析】由图可知，产生电火花的回路由导线、锉刀与电池组成，手执导线的另一端，在锉刀上来回滑动时产生的电火花，是由于电路时通时断，在回路中产生自感电动势产生的，与导线运动的方向无关，如导线端只向一个方向滑动也能产生电火花，故A错误，B正确；根据原理可知，只要锉刀是导体，则实验均能完成，故C错误；如果导线另一端保持与锉刀良好接触而不滑动，就不会产生自感电动势，从而不会产生电火花，选项D错误。B新知巩固新知巩固(多选)如图所示的电路中，电感线
22、圈L的自感系数很大，电阻可忽略，D为理想二极管，则下列说法正确的有()A当S闭合时，L1立即变亮，L2逐渐变亮B当S闭合时，L1一直不亮，L2逐渐变亮C当S断开时，L2立即熄灭D当S断开时，L1突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭【解析】当S闭合时，因二极管加上了反向电压，故二极管截止，L1一直不亮；通过线圈的电流增加，感应电动势阻碍电流增加，故使得L2逐渐变亮，选项B正确，A错误；当S断开时，由于线圈自感电动势阻碍电流的减小，故通过L2的电流要在L2L1DL之中形成新的回路，故L1突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭，L2逐渐变暗至熄灭，选项C错误，D正确。BD新知巩固新知巩固某兴趣小组探究断电自感现象的电
23、路如图所示。闭合开关某兴趣小组探究断电自感现象的电路如图所示。闭合开关S，待电路稳定，待电路稳定后，通过电阻后，通过电阻R的电流为的电流为I1，通过电感，通过电感L的电流为的电流为I2。t1时刻断开开关时刻断开开关S，下，下列图像中能正确描述通过电阻列图像中能正确描述通过电阻R的电流的电流IR和通过电感和通过电感L的电流的电流IL的是的是 ()【解析】S断开后，电感线圈与R构成回路，R中的电流反向，大小与线圈L中的电流相等，并逐渐减小，故A正确，B错误；断开S后，R与线圈串联，流过线圈的电流减小，电感线圈产生与原电流方向相同的感应电动势，且电动势慢慢变小，则线圈中电流方向不变，大小逐渐变小，而且变小得越来越慢，而R中的电流反向，故C、D错误。A新知巩固新知巩固（1）为使通电自感实验的效果更明显（能比较明显地看到灯有一个逐渐变亮的过程），你有什么可行的方法？（2）为使断电自感实验的效果更明显（能比较明显地看到灯的熄灭有一个延时过程，甚至出现闪亮），你有什么可行的方法？（3）如何设计电路来测量线圈的自感系数和探究自感系数的决定因素？（4）互感与自感都是常见的电磁感应现象，请大家课后自学教材里的相关内容，或查阅相关资料:了解其能量的转化关系以及它们在实际生活与生产中的应用和防止。课后思考与讨论：课后作业课后作业人教版高中物理选修二课程结束课程结束人教版高中物理选修二
