資源簡介

4　互感和自感
學習任務一　互感現(xiàn)象
[科學論證] 如圖所示,在法拉第的實驗中兩個線圈并沒有用導線連接,當一個線圈中的電流變化時,在另一個線圈中為什么會產生感應電動勢呢

[教材鏈接] 閱讀教材,回答下列問題:
互感和互感電動勢
兩個相互靠近的線圈,當一個線圈中的電流　　　　時,它所產生的變化的磁場會在另一個線圈中產生　　　　　　　,這種現(xiàn)象叫作互感,這種感應電動勢叫作　　　　　　.
例1 (多選)目前無線電力傳輸已經(jīng)比較成熟.如圖所示為一種非接觸式電源供應系統(tǒng),這種系統(tǒng)基于電磁感應原理可無線傳輸電力,兩個感應線圈可以放置在左右相鄰或上下相對的位置,利用這一原理,可以實現(xiàn)對手機進行無線充電.下列說法正確的是 (　)
A.若A線圈中輸入電流,B線圈中就會產生感應電動勢
B.只有A線圈中輸入變化的電流,B線圈中才會產生感應電動勢
C.A線圈中電流越大,B線圈中感應電動勢越大
D.A線圈中電流變化越快,B線圈中感應電動勢越大
[反思感悟]
【要點總結】
1.對互感現(xiàn)象的理解
(1)互感現(xiàn)象是一種常見的電磁感應現(xiàn)象,它不僅發(fā)生于繞在同一鐵芯上的兩個線圈之間,而且可以發(fā)生于任何兩個相互靠近的電路之間.
(2)互感現(xiàn)象可以把能量由一個電路傳到另一個電路.
2.應用與危害
(1)應用:變壓器、收音機的磁性天線.
(2)危害:在電力工程和電子電路中,互感現(xiàn)象有時會影響電路的正常工作.
學習任務二　自感現(xiàn)象、磁場中的能量
[模型建構] 通電自感
通電自感電路圖如圖所示,A1、A2是規(guī)格完全一樣的燈泡.閉合開關S,調節(jié)滑動變阻器R,使A1、A2亮度相同,再調節(jié)R1,使兩燈正常發(fā)光,斷開開關S,然后再閉合開關S,觀察現(xiàn)象.
(1)通電時有什么現(xiàn)象發(fā)生

(2)根據(jù)楞次定律結合電路圖分析該現(xiàn)象產生的原因.

[模型建構] 斷電自感
斷電自感電路圖如圖所示,線圈L的直流電阻大于燈泡A的電阻,閉合開關S,待燈泡A正常發(fā)光,然后斷開開關S.
(1)你觀察到什么現(xiàn)象 試分析該現(xiàn)象發(fā)生的原因.

(2)要使開關S斷開后,A比原來更亮,需要滿足什么條件

[教材鏈接] 閱讀教材,回答下列問題:
自感和自感電動勢
當一個線圈中的電流變化時,它產生的變化的磁場在　　　　　　激發(fā)出　　　　　　,這種現(xiàn)象稱為自感.自感現(xiàn)象中產生的感應電動勢叫作　　　　　　　.
例2 為測量線圈L的直流電阻R0,某研究小組設計了如圖所示電路.已知線圈的自感系數(shù)較大,兩電表可視為理想電表,其示數(shù)分別記為U、I,實驗開始前,S1處于斷開狀態(tài),S2處于閉合狀態(tài).關于實驗過程,下列說法不正確的是 (　)
A.閉合S1,電流表示數(shù)逐漸增大至穩(wěn)定值
B.閉合S1,電壓表示數(shù)逐漸減小至穩(wěn)定值
C.待兩電表示數(shù)穩(wěn)定后,方可讀取U、I的值
D.實驗結束后,應先斷開S1
[反思感悟]
變式1 在如圖所示的電路中,兩個相同的小燈泡L1和L2分別串聯(lián)一個帶鐵芯的線圈L和一個滑動變阻器R.閉合開關S后,調節(jié)R,使L1和L2的亮度一樣,此時流過兩個燈泡的電流均為I,然后斷開S,若t'時刻再閉合S,則在t'前、后的一小段時間內,正確反映流過L1的電流i1、流過L2的電流i2隨時間t變化的圖像是圖中的(電源內阻及導線電阻不計) (　)
[反思感悟]
【要點總結】
1.自感現(xiàn)象的四大特點
(1)自感電動勢總是阻礙線圈中原電流的變化.
(2)通過線圈中的電流不能發(fā)生突變,只能緩慢變化.
(3)電流穩(wěn)定時,線圈就相當于普通導體.
(4)自感現(xiàn)象表明磁場具有能量,自感現(xiàn)象當然遵守能量守恒定律.
2.通電自感與斷電自感的比較
通電自感 斷電自感
電路圖
器材規(guī)格 A1、A2燈同規(guī)格,R接入電路的阻值等于RL,L較大 L很大(有鐵芯),RL現(xiàn)象觀察 開關S閉合瞬間,A2燈立即亮起來,A1燈逐漸變亮,最終一樣亮 開關S斷開時,A燈突然閃亮一下后再漸漸熄滅
能量轉化 電能轉化為磁場能 磁場能轉化為電能
學習任務三　自感系數(shù)
[科學論證] 根據(jù)法拉第電磁感應定律分析自感電動勢的大小與什么因素有關


[教材鏈接] 閱讀教材,回答下列問題:
自感電動勢的大小:　　　　　　,其中L是　　　　　　,簡稱自感或電感.
例3 關于線圈中自感電動勢的大小,下列說法中正確的是 (　)
A.電感一定時,電流變化越大,自感電動勢越大
B.電感一定時,電流變化越快,自感電動勢越大
C.通過線圈的電流為零的瞬間,自感電動勢為零
D.通過線圈的電流為最大值的瞬間,自感電動勢最大
[反思感悟]
【要點總結】
1.對自感電動勢的理解
(1)自感電動勢阻礙原電流的變化,而不是阻止原電流的變化,只是使原電流的變化時間變長,即自感電動勢總是起推遲電流變化的作用.
(2)自感電動勢的方向:當原電流增大時,自感電動勢的方向與原電流方向相反;當原電流減小時,自感電動勢方向與原電流方向相同(增反減同).
(3)自感電動勢的大小EL=L,它可以超出線圈兩端的原電壓.
2.自感系數(shù)由線圈本身的性質決定,線圈的橫截面積越大,匝數(shù)越多,則自感系數(shù)L越大,線圈帶鐵芯時自感系數(shù)比沒帶鐵芯時大得多.
1.(互感)在無線電儀器中,常需要在距離較近處安裝兩個線圈,并要求當一個線圈中有電流變化時,對另一個線圈中的電流的影響盡量小.圖中兩個線圈的相對安裝位置最符合該要求的是 (　)
2.(通電自感和斷電自感)圖甲和乙是教材中演示自感現(xiàn)象的兩個電路圖,L1和L2為電感線圈.實驗時,斷開開關S1瞬間,燈A1突然閃亮,隨后逐漸變暗;閉合開關S2,燈A2逐漸變亮,而另一個相同的燈A3立即變亮,最終A2與A3的亮度相同.下列說法正確的是(　)
A.圖甲中,A1與L1的電阻值相同
B.圖甲中,閉合開關S1,電路穩(wěn)定后,A1中電流大于L1中電流
C.圖乙中,變阻器R接入電路的阻值與L2的電阻值相同
D.圖乙中,閉合開關S2瞬間,L2中電流與變阻器R中電流相等
3.(通電自感和斷電自感)如圖所示,A和B是兩個相同的小燈泡,L是一個自感系數(shù)相當大的線圈,其電阻與定值電阻R相同.由于存在自感現(xiàn)象,在開關S閉合和斷開時,燈A和B先后亮滅的順序是 (　)
A.S閉合時,A先達到最亮;S斷開時,A后滅
B.S閉合時,B先達到最亮;S斷開時,B后滅
C.S閉合時,A先達到最亮;S斷開時,A先滅
D.S閉合時,B先達到最亮;S斷開時,B先滅
4　互感和自感
[科學論證] 兩個線圈之間并沒有導線相連,但當一個線圈中的電流變化時,它所產生的變化的磁場會在另一個線圈中產生感應電動勢.
[教材鏈接] 變化　感應電動勢　互感電動勢
例1　BD　[解析] 若A線圈中輸入恒定的電流,則A線圈產生恒定的磁場,B線圈中的磁通量不發(fā)生變化,B線圈中不會產生感應電動勢,故A錯誤;若A線圈中輸入變化的電流,根據(jù)法拉第電磁感應定律E=n可得,B線圈中會產生感應電動勢,故B正確;A線圈中電流變化越快,A線圈中電流產生的磁場變化越快,B線圈中感應電動勢越大,故C錯誤,D正確.
[模型建構] (1)通電時,跟滑動變阻器R串聯(lián)的燈泡A2立刻亮起來,跟線圈L串聯(lián)的燈泡A1逐漸亮起來.
(2)電路接通時,電流由零開始增大,穿過線圈L的磁通量逐漸增大,為了阻礙磁通量的增大,感應電流產生的磁場與原來電流產生的磁場方向相反,阻礙了線圈L中電流的增大,即推遲了電流達到正常值的時間.
[模型建構] (1)開關S斷開時,燈泡會逐漸熄滅.其原因是當開關S斷開時,L中的電流突然減小,穿過L的磁通量減小,L中產生感應電流,方向與原電流方向相同,阻礙原電流減小,此時L與A構成閉合電路,故A中還有一段持續(xù)電流,但A中的電流方向與原電流方向相反且開關S斷開瞬間A中的電流比原電流小.
(2)斷開開關S后,A中的電流與L中的電流變化一致,只要滿足L的直流電阻小于A的電阻,斷開開關S后,A就比原來更亮.
[教材鏈接] 線圈本身　感應電動勢　自感電動勢
例2　D　[解析] 閉合S1,由于線圈的自感電動勢,導致電路中電流慢慢增大,直到某一穩(wěn)定值,選項A不合題意;閉合S1,電壓表示數(shù)相當于線圈兩端的電壓,為U=E-I(R+r),電路中電流慢慢增大,直到某一穩(wěn)定值,電壓表示數(shù)逐漸減小至穩(wěn)定值,選項B不合題意;待兩電表示數(shù)穩(wěn)定后,方可讀取U、I的值,此時R0=,選項C不合題意;若先斷開S1,L和電壓表組成回路,原先L中有較大的電流通過,由于L的自感作用,現(xiàn)在這個電流將通過電壓表,可能造成電表損壞,所以實驗完畢應先斷開S2,選項D符合題意.
變式1　B　[解析] 閉合開關S后,調節(jié)R,使兩個燈泡L1、L2的亮度一樣,電流均為I,說明RL等于R接入電路的阻值,若t'時刻再閉合S,流過線圈L的電流增大,使線圈L產生自感電動勢,阻礙流過燈泡L1的電流i1的增大,所以i1緩慢增大,直至電流為I,故選項A錯誤,選項B正確;t'時刻閉合S,流過燈泡L2的電流i2立即達到電流I,且穩(wěn)定不變,故C、D錯誤.
[科學論證] 根據(jù)E=n,可知自感電動勢的大小跟穿過線圈的磁通量的變化快慢有關,自感現(xiàn)象中,穿過線圈的磁通量的變化快慢是由電流變化快慢決定的,故自感電動勢的大小跟導體中電流變化的快慢有關.
[教材鏈接] E=L　自感系數(shù)
例3　B　[解析] 電感一定時,電流變化越快,越大,由E=L知,自感電動勢越大,故A錯誤,B正確;線圈中電流為零時,電流的變化率不一定為零,自感電動勢不一定為零,故C錯誤;當通過線圈的電流最大時,若電流的變化率為零,自感電動勢為零,故D錯誤.
隨堂鞏固
1.D　[解析] 互相垂直的線圈產生的磁場互相垂直,穿過各匝線圈的磁通量近似為零,此時互感的影響較小,D正確.
2.C　[解析] 分析圖甲,斷開S1瞬間,A1突然閃亮,說明流經(jīng)A1的電流瞬間增大,從而得到S1閉合,電路穩(wěn)定時,A1中的電流小于L1中的電流,選項B錯誤.由并聯(lián)電路特點可知,A1的電阻值大于L1的電阻值,選項A錯誤.分析圖乙,S2閉合后,A2逐漸變亮,A3立即變亮,說明閉合S2瞬間,A2與A3中的電流大小不相等,那么L2與R中的電流大小也不相等,選項D錯誤.最終A2與A3亮度相同,說明流經(jīng)A2與A3的電流大小相等,由歐姆定律可知,R接入電路的阻值與L2的電阻值相等,選項C正確.
3.A　[解析] 開關S閉合時,線圈對電流的增大有阻礙作用,所以干路中的電流全部流經(jīng)燈A,而燈B與R并聯(lián)在電路中,故燈A先達到最亮;開關S斷開時,線圈對電流的減小有阻礙作用,產生自感電動勢,線圈與燈A組成閉合回路,所以燈A慢慢變暗,而燈B立刻熄滅,A正確.

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