选修32培优5互感和自感.docx

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选修32培优5互感和自感

第四章：

电磁感应

6互感和自感

●课标要求

1．通过实验，了解自感现象．

2．举例说明自感现象在生活和生产中的应用．

●课标解读

1．通过实验，了解互感现象和自感现象，以及对它们的利用和防止．

2．能够通过电磁感应的有关规律分析通电、断电时自感现象的成因，以及磁场的能量转化问题．

3．了解自感电动势的计算式E＝L，知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量，知道它的单位.

4．认识互感和自感是电磁感应现象的特例，感悟特殊现象中有它的普遍规律，而普遍规律中又包含了特殊现象的辩证唯物主义观点．

●教学地位

本节知识属于电磁感应规律的应用，也是后续知识的基础，在高考中被考查到的几率不高，题目难度不大，题型一般为选择题.

●新课导入建议

行驶在大街上的无轨电车，车顶上拖着两条长长的“辫子”——电弓．当道路不平车身颠簸时，电弓有可能瞬间脱离电网线，这时在电弓与电网线之间就会闪现出电火花，同时发出“啪、啪”的响声．这是什么原因呢？

学习本节知识后，就能解决这个问题了．

●教学流程设计

课前预习安排：

1．看教材

2．填写【课前自主导学】（同学之间可进行讨论）⇒步骤1：

导入新课，本节教学地位分析⇒步骤2：

老师提问，检查预习效果（可多提问几个学生）⇒步骤3：

师生互动完成“探究1”互动方式（除例1外可再变换命题角度，补充一个例题以拓展学生思路）

⇓

步骤7：

完成“探究3”（重在讲解规律总结技巧⇐步骤6：

师生互动完成“探究2”（方式同完成“探究1”相同）⇐步骤5：

让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评⇐步骤4：

教师通过例题讲解自感现象的本质及自感电动势的方向的判断方法

　　　　⇓

步骤8：

指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况⇒步骤9：

先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】

课　标　解　读

重　点　难　点

1.了解互感现象及互感现象的应用．

2.了解自感现象，认识自感电动势对电路中电流的影响．

3.了解自感系数的意义和决定因素．

4.知道磁场具有能量.

1.对自感现象的理解．（重点）

2.自感系数的决定因素．（重点）

3.发生自感时，回路电流的大小及方向的判断．（难点）

4.对通电自感和断电自感的理解及应用．（难点）

互感现象和自感现象

1.基本知识

（1）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，在电力工程中和电子电路中，有时会影响电路正常工作．

（2）自感现象

①定义

当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场在它本身激发出感应电动势的现象．产生的电动势叫做自感电动势．

②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较慢的亮起来

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

阻碍电流的减小

2.思考判断

（1）互感现象只能发生于绕在同一铁芯的两个线圈之间，而不可能产生于相互靠近的电路之间．（×）

（2）互感现象和自感现象均属于电磁感应现象．（√）

（3）自感现象中感应电流的方向与引起自感的原电流的方向相反．（×）

3．探究交流

自感电动势的作用是什么？

方向如何？

【提示】　作用：

总是阻碍导体中原电流的变化．

方向：

当原来的电流增大时，自感电动势与原来电流方向相反；当原来的电流减小时，自感电动势与原来电流方向相同.

自感系数和磁场的能量

1.基本知识

（1）自感系数

①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：

H.

②决定线圈自感系数大小的因素

线圈的大小、形状、圈数，以及是否有铁芯等．

（2）磁场的能量

①线圈中电流从无到有时，磁场从无到有，电源的能量输送给线圈，储存在磁场中．

②线圈中电流减小时，线圈中的能量释放出来转化为电能．

2．思考判断

（1）线圈的自感系数大，其电阻一定大．（×）

（2）在断开电路时，与线圈并联的灯泡会亮一下后再逐渐熄灭，说明能量不再守恒了．（×）

（3）自感系数越大，自感电动势就越大．（×）

3．探究交流

在演示断电自感时，开关断开后小灯泡并不立即熄灭，这一现象是否违背了能量守恒定律？

小灯泡消耗的电能是从何处获得的？

【提示】　线圈中有电流时，线圈就具有了磁场能，断开开关后，线圈相当于电源，线圈中所储存的磁场能转化为电能，给灯泡提供能量，这一现象并不违背能量守恒定律.

对互感现象和自感现象的理解

【问题导思】　

1．互感现象中能量是怎样转化的？

2．电感线圈在电路中的作用是什么？

3．自感电动势怎样产生？

如何确定它的方向？

1．对互感现象的理解

（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．

（2）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，这时要求设法减小电路间的互感．

2．对自感现象的理解

（1）对自感现象的理解

自感现象是一种电磁感应现象，遵守法拉第电磁感应定律和楞次定律．

（2）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，即总是起着推迟电流变化的作用．

（3）对电感线圈阻碍作用的理解

①若电路中的电流正在改变，电感线圈会产生自感电动势阻碍电路中电流的变化，使得通过电感线圈的电流不能突变．

②若电路中的电流是稳定的，电感线圈相当于一段导线，其阻碍作用是由绕制线圈的导线的电阻引起的．

图4－6－1

　如图4－6－1所示的电路中，电源电动势为E，内阻r不能忽略．R1和R2是两个定值电阻，L是一个自感系数较大的线圈．开关S原来是断开的，从闭合开关S到电路中电流达到稳定为止的时间内，通过R1的电流I1和通过R2的电流I2的变化情况是（　　）

A．I1开始较大而后逐渐变小

B．I1开始很小而后逐渐变大

C．I2开始很小而后逐渐变大

D．I2开始较大而后逐渐变小

【审题指导】　解答本题应把握以下两点：

（1）电流变化时，电感线圈对电流的变化有阻碍作用．

（2）电流稳定时，电感线圈相当于一段导线的作用．

【解析】　闭合开关S时，由于L是一个自感系数较大的线圈，产生反向的自感电动势阻碍电流的变化，所以开始I2很小，随着电流达到稳定，自感作用减小，I2开始逐渐变大．闭合开关S时，由于线圈阻碍作用很大，路端电压较大，随着自感作用减小，路端电压减小，所以R1上的电压逐渐减小，电流逐渐减小，故A、C正确．

【答案】　AC

1．（2013·贵阳一中高二检测）如图4－6－2所示，R为定值电阻，电感L的值很大，电源内阻不可不计，A、B是完全相同的两只灯泡，当开关S闭合时，下列判断正确的是（　　）

图4－6－2

A．灯A比灯B先亮，然后灯A熄灭

B．灯B比灯A先亮，然后灯B逐渐变暗

C．灯A与灯B一起亮，而后灯A熄灭

D．灯A与灯B一起亮，而后灯B熄灭

【解析】　开关S闭合时，B灯立即亮，A灯由于电感L的自感作用，将逐渐变亮．由于总电流逐渐变大，路端电压变小，B灯逐渐变暗，选项B符合要求．

【答案】　B

自感现象的分析思路

【问题导思】　

1．通电瞬时、断电瞬时、电路稳定时自感线圈在电路中各起什么作用？

2．断电自感现象中，为什么有时候灯泡逐渐熄灭，有时候灯泡闪亮后再逐渐熄灭？

1．明确通过自感线圈的电流的变化情况（增大还是减小）．

2．判断自感电动势方向，电流增强时（如通电时），自感电动势方向与电流方向相反；电流减小时（如断电时），自感电动势方向与电流方向相同．

3．分析线圈中电流变化情况，电流增强时（如通电时），由于自感电动势方向与原电流方向相反，阻碍增加，电流逐渐增大；电流减小时（如断电时），由于自感电动势方向与原电流方向相同，阻碍减小，线圈中电流方向不变，电流逐渐减小．

4．明确电路中元件与自感线圈的连接方式，若元件与自感线圈串联，元件中的电流与线圈中电流有相同的变化规律；若元件与自感线圈并联，元件上的电压与线圈上的电压有相同的变化规律；若元件与自感线圈构成临时回路，元件成为自感线圈的临时外电路，元件中的电流大小与线圈中电流大小有相同的变化规律．

5．分析阻碍的结果，具体见下表

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

电流突然变大，然后逐渐减小达到稳定

断电时

电流逐渐减小

灯泡逐渐变暗

电流方向不变

电路中稳态电流为I1、I2

①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗；

②若I2＞I1，灯泡闪亮后逐渐变暗．

两种情况灯泡电流方向均改变

电流减小时，自感线圈中电流大小一定小于原先所通电流大小，自感电动势可能大于原电源电动势．

图4－6－3

如图4－6－3所示的电路中，三个相同的灯泡a、b、c和电感L1、L2与直流电源连接，电感的电阻忽略不计．电键S从闭合状态突然断开时，下列判断正确的有（　　）

A．a先变亮，然后逐渐变暗

B．b先变亮，然后逐渐变暗

C．c先变亮，然后逐渐变暗

D．b、c都逐渐变暗

【解析】　S断开前，灯泡a、b、c中的电流相同，均为I.L1中的电流I1＝2I，L2中的电流I2＝I.当S断开后，电源被撤除，剩下灯泡与线圈形成新的闭合回路．灯泡b、c中的电流由I逐渐减小，两灯逐渐变暗．灯泡a里的电流先由I增至2I，然后逐渐减小，所以灯泡a先变亮后变暗．A、D两项正确．

【答案】　AD

图4－6－4

2．（2013·辽原高二检测）如图4－6－4所示的电路中，两个相同的电流表，零刻点在刻度盘的中央．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，指针向左摆．在电路接通且稳定时再断开开关的瞬间，下列说法正确的是（　　）

A．G1指针向右摆，G2指针向左摆

B．G1指针向左摆，G2指针向右摆

C．两指针都向右摆

D．两指针都向左摆

【解析】　电路接通且稳定时，两支路均有自左至右的电流．当开关断开的瞬间，L将产生自左至右的自感电流以阻碍原电流变化．且此时开关断开，L所在支路只能与R所在支路串联形成回路，则自感电流自右至左流经R所在支路．故选A.

【答案】　A

综合解题方略——有线圈电路的分析方法

　（2013·重庆一中高二检测）如图4－6－5甲、乙电路中，电阻R和电感线圈L的电阻都很小．接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则（　　）

　　　　　　　甲　　　　　　　乙

图4－6－5

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，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

【规范解答】　甲图中，电灯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中的自感电动势要维持原电流不变，所以，开关断开的瞬间，电灯A的电流不变，以后电流渐渐变小．

因此，电灯