高中物理必备知识点：互感和自感

高中物理必备知识点：互感和自感

中小学课堂教学教案 年 月 日 课 题 § 4.6 互感和自感 新授课 课时[来源:学科网 ZXXK] 教 学 目 标 （一）知识与技能 1．知道什么是互感现象和自感现象。 2．知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量，知道它的单位及其大小的决定因素。 3．知道自感现象的利与弊及对它们的利用和防止。 4．能够通过电磁感应部分知识分析通电、断电自感现象的原因及磁场的能量转化问题。 （二）过程与方法 1．通过对两个自感实验的观察和讨论，培养学生的观察能力和分析推理能力。 2．通过自感现象的利弊学习，培养学生客观全面认识问题的能力。[来源:学.科.网 Z.X.X.K] （三）情感、态度与价值观 自感是电磁感应现象的特例，使学生初步形成特殊现象中有它的普遍规律，而普遍规律中包 含了特殊现象的辩证唯物主义观点教 学 重 点 、 难 点 教学重点 1．自感现象。 2．自感系数。 教学难点 分析自感现象。 教 学 方 法 通过演示实验，引导学生观察现象、分析实验 教 学 手 段 自感现象示教板， 多媒体课件[来源:学§科§网 Z§X§X§K] 教学活动 （一）引入新课 提问：在电磁感应现象中，产生感应电流的条件是什么？ 引起回路磁通量变化的原因有哪些？ （1）在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，当一个线圈中的电流变化 时，在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？ （2）当电路自身的电流发生变化时，会不会产生感应电动势呢？ 本节课我们学习这方面的知识。 （二）进行新课 1、互感现象 在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，当一个线圈中的电流变化时，在 另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？请同学们用学过的知识加以分析说明。 当一个线圈中的电流变化时，它产生的磁场就发生变化，变化的磁场在周围空间 产生感生电场，在感生电场的作用下，另一个线圈中的自由电荷定向运动，于是产生 感应电动势。 当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为互感。互 感现象产生的感应电动势，称为互感电动势。 利用互感现象，可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈。因此，互感现象在电 工技术和电子技术中有广泛的应用。请大家举例说明。 变压器，收音机里的磁性天线。 2、自感现象 教师：我们现在来思考第二个问题：当电路自身的电流发生变化时，会不会产生 感应电动势呢？下面我们首先来观察演示实验。 ［实验 1］演示通电自感现象。 画出电路图（如图所示），A1、A2 是规格完全一样 的灯泡。闭合电键 S，调节变阻器 R，使 A1、A2 亮度相同， 再调节 R1，使两灯正常发光，然后断开开关 S。重新闭合 S，观察到什么现象？（实验反复几次） 现象：跟变阻器串联的灯泡 A2 立刻正常发光，跟线 圈 L 串联的灯泡 A1 逐渐亮起来。 提问：为什么 A1 比 A2 亮得晚一些？试用所学知识（楞次定律）加以分析说明。 电路接通时，电流由零开始增加，穿过线圈 L 的磁通量逐渐增加，L 中产生的感 应电动势的方向与原来的电流方向相反，阻碍 L 中电流增加，即推迟了电流达到正常 值的时间。 学 生 活 动 ［实验 2］演示断电自感。 画出电路图（如图所示）接通电路，待灯泡 A 正常发光。 然后断开电路，观察到什么现象？ 现象：S 断开时，A 灯突然闪亮一下才熄灭。 提问：为什么 A 灯不立刻熄灭？ 当 S 断开时，L 中的电流突然减弱，穿过 L 的磁通量逐渐 减少，L 中产生感应电动势，方向与原电流方向相同，阻碍原电流减小。L 相当于一 个电源，此时 L 与 A 构成闭合回路，故 A 中还有一段持续电流。灯 A 闪亮一下，说明 流过 A 的电流比原电流大。 用多媒体课件在屏幕上打出 i—t 变化图，如下图所示. 结论： 导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自 感现象。自感现象中产生的电动势叫自感电动势。 自感电动势的大小决定于哪些因素呢？请同学们阅 读教材内容。然后用自己的语言加以概括，并回答有关问 题。自感电动势的大小决定于哪些因素？说出自感电动势 的大小的计算公式。 自感电动势的大小与线圈中电流的变化率 t I   成正比，与线圈的自感系数 L 成正 比。写成公式为 E =L t I   L 叫自感系数呢，自感系数是用来表示线圈的自感特性的物理量。 实验表明，线圈越大，越粗，匝数越多，自感系数越大。另外，带有铁芯的线 圈的自感系数比没有铁芯时大得多。 自感系数的单位：亨利，符号 H，更 小的单位有毫亨（mH）、微亨（μH） 1H=103 mH 1H=106μH 4．磁场的能量 提问：在断电自感的实验中，为什么开关断开后，灯泡的发光会持续一段时间？ 甚至会比原来更亮？试从能量的角度加以讨论。 学生分组讨论。 师生共同活动：推断出能量可能存储在磁场中。 以上只能是一种推断，电磁场具有能量还需要进一步的实验验证。 教材最后一段说，线圈能够体现电的“惯性”，应该怎样理解？电的“惯性”大 小与什么有关？ 当线圈通电瞬间和断电瞬间，自感电动势都要阻碍线圈中电流的变化，使线圈中 的电流不能立即增大到最大值或不能立即减小为零，因此可以借用力学中的术语，说 线圈能够体现电的“惯性”。线圈的自感系数越大，这个现象越明显，可见，电的“惯 性”大小决定于线圈的自感系数。 （四）实例探究 自感现象的分析与判断 【例 1】如图所示，电路甲、乙中，电阻 R 和自感线圈 L 的电阻值都很小，接通 S，使电路达到稳定，灯泡 D 发光。则 （ ） A．在电路甲中，断开 S，D 将逐渐变暗 B．在电路甲中，断开 S，D 将先变得更 亮，然后渐渐变暗 C．在电路乙中，断开 S，D 将渐渐变暗 D．在电路乙中，断开 S，D 将变得更亮， 然后渐渐变暗 正确选项为 AD 【例 2】如图所示，自感线圈的自感系数很大，电阻为零。电键 K 原来是合上的， 在 K 断开后，分析： （1）若 R1＞R2，灯泡的亮度怎样变化？ （2）若 R1＜R2，灯泡的亮度怎样变化？ （1）因 R1＞R2，即 I1＜I2，所以小灯泡在 K 断开后先突然 变到某一较暗状态，再逐渐变暗到最后熄灭。 （2）因 R1＜R2，即 I1＞I2，小灯泡在 K 断开后电流从原来的 I2 突变到 I1（方向相 反），然后再渐渐变小，最后为零，所以灯泡在 K 断开后先变得比原来更亮，再逐渐 变暗到熄灭。 巩固练习 1．下列关于自感现象的说法中，正确的是 （ ） A．自感现象是由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象 B．线圈中自感电动势的方向总与引起自感的原电流的方向相反 C．线圈中自感电动势的大小与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关 D．加铁芯后线圈的自感系数比没有铁芯时要大 2．关于线圈的自感系数，下面说法正确的是 （ ） A．线圈的自感系数越大，自感电动势一定越大 B．线圈中电流等于零时，自感系数也等于零[来源:学科网] C．线圈中电流变化越快，自感系数越大 D．线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定 3．磁通量的单位是_____，磁感强度的单位是_____，自感系数的单位是_____。 4．如图所示，L 为一个自感系数大的自感线圈，开关闭合后，小灯能正常发光， 那么闭合开关和断开开关的瞬间，能观察到的现象分别是 （ ） A．小灯逐渐变亮，小灯立即熄灭 B．小灯立即亮，小灯立即熄灭 C．小灯逐渐变亮，小灯比原来更亮一下再慢慢熄灭 D．小灯立即亮，小灯比原来更亮一下再慢慢熄灭 5．如图所示是一演示实验的电路图。图中 L 是一带 铁芯的线圈，A 是一灯泡。起初，开关处于闭合状态， 电路是接通的。现将开关断开，则在开关断开的瞬间， 通过灯泡 A 的电流方向是从_____端经灯泡到_____端. 这个实验是用来演示_____现象的。 6．如图所示的电路中，灯泡 A1、A2 的规格完全相 同，自感线圈 L 的电阻可以忽略，下列说法中正确的是 （ ） A．当接通电路时，A2 先亮，A1 后亮，最后 A2 比 A1 亮 B．当接通电路时，A1 和 A2 始终一样亮 C．当断开电路时，A1 和 A2 都过一会儿熄灭 D．当断开电路时，A2 立即熄灭，A1 过一会儿熄灭 7．如图所示电路中，A1、A2 是两只相同的电流表，电感线圈 L 的直流电阻与电 阻 R 阻值相等.下面判断正确的是 （ ） A．开关 S 接通的瞬间，电流表 A1 的读数大于 A2 的读数 B．开关 S 接通的瞬间，电流表 A1 的读数小于A2 的读数 C．开关 S 接通电路稳定后再断开的瞬间，电流表 A1 的读数大于 A2 的读数 D．开关 S 接通电路稳定后再断开的瞬间，电流表 A1 数等于 A2 的读数 8．如图所示，L 是电感足够大的线圈， 其直流电阻可忽略不计，D1 和 D2 是两个 相同的灯泡，若将电键 S 闭合，等灯泡亮度稳定后，再断开电键 S，则 （ ） A．电键 S 闭合时，灯泡 D1、Ｄ2 同时亮，然后 D1 会 变暗直到不亮，D2 更亮 B．电键 S 闭合时，灯泡 D1 很亮，D2 逐渐变亮，最 后一样亮 C．电键 S 断开时，灯泡 D2 随之熄灭，而 D1 会亮一 下后才熄灭[来源:学&科&网 Z&X&X&K] D．电键 S 断开时，灯泡 D1 随之熄灭，而 D2 会更亮后一下才熄灭 参考答案： 1．ACD 2．D 3．Wb T H 4．A 5．b、a、自感（或断电自感）6．C 7．BD 8．AC 作 业 1、认真阅读教材。 2、思考并完成“问题与练习”中的习题。 板 书 设 计 教 学 后 记