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高二物理選擇性必修二2.4《互感和自感》導(dǎo)學(xué)案
學(xué)習(xí)目標(biāo)：1．了解互感現(xiàn)象及互感現(xiàn)象的應(yīng)用，知道什么是互感現(xiàn)象和自感現(xiàn)象。
2．觀察通電自感和斷電自感實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，通過分析通電自感和斷電自感現(xiàn)象。
3．了解自感現(xiàn)象中自感電動(dòng)勢的作用，理解自感系數(shù)和自感系數(shù)的決定因素。
4．通過對(duì)自感現(xiàn)象的研究，了解磁場的能量。
學(xué)習(xí)過程：
一、互感現(xiàn)象
1．互感：兩個(gè)相互靠近的線圈，當(dāng)一個(gè)線圈中的電流變化時(shí)，它所產(chǎn)生的變化的磁場會(huì)在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生 ，這種現(xiàn)象叫 ．
2．互感的應(yīng)用
利用 可以把能量由一個(gè)線圈傳遞到另一個(gè)線圈，如變壓器就是利用互感現(xiàn)象制成的．
3．互感的危害
互感現(xiàn)象能發(fā)生在任何兩個(gè)相互靠近的電路之間，互感現(xiàn)象有時(shí)會(huì)影響電路的工作．
例1：如圖是一種延時(shí)繼電器的示意圖，鐵芯上有兩個(gè)線圈A和B，線圈A跟電源連接，線圈B兩端連在一起構(gòu)成閉合電路，鐵質(zhì)桿D的右端與金屬觸頭C絕緣相連，C連接工作電路，彈簧K可以拉起桿D從而使工作電路斷開。下列說法正確的是（　　）
A．工作電路正常工作時(shí)，彈簧K處于原長狀態(tài)
B．工作電路正常工作時(shí)，B線圈中有感應(yīng)電流
C．開關(guān)S斷開瞬間，鐵芯能繼續(xù)吸住鐵桿D一小段時(shí)間
D．減少線圖B的匝數(shù)，對(duì)電路的延時(shí)效果沒有影響
變式訓(xùn)練：如圖所示，在同一鐵芯上繞著兩個(gè)線圈A、B，單刀雙擲開關(guān)原來接“1”，現(xiàn)在把它從“1”扳向“2”，則在此過程中，電阻R中的電流方向是(　　)
A．先由P→Q，再由Q→P B．先由Q→P，再由P→Q
C．始終由Q→P D．始終由P→Q
二、自感現(xiàn)象
1．自感：一個(gè)線圈中的電流變化時(shí)，它所產(chǎn)生的 磁場在它本身激發(fā)出 的現(xiàn)象．
2．通電自感和斷電自感的比較
通電自感（圖一）
器材要求: L1、L2同規(guī)格，R＝RL，L較大
現(xiàn)象: 在S閉合瞬間，L2燈立即 ，L1燈 ，最終 。
原因: 由于開關(guān)閉合時(shí)，流過電感線圈的電流增大，使線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢， 電流的增大，使流過L1燈的電流比流過L2燈的電流增加得慢
圖一 圖二
斷電自感（圖二）
器材要求: L很大(有鐵芯)，RL RLA
現(xiàn)象: 在開關(guān)S斷開瞬間，LA燈突然 一下后再漸漸熄滅(當(dāng)抽掉鐵芯后，重做實(shí)驗(yàn)，斷開開關(guān)S時(shí)，會(huì)看到LA燈馬上熄滅)
原因: 斷開開關(guān)S時(shí)，流過線圈L的電流減小，產(chǎn)生自感電動(dòng)勢，阻礙電流的減小，使電流繼續(xù)存在一段時(shí)間；在S斷開后，通過L的電流 通過燈LA，且由于RL RLA，使得流過LA燈的電流在開關(guān)斷開瞬間突然 ，從而使LA燈的發(fā)光功率突然變大
3.燈泡亮度的變化
與線圈串聯(lián)的燈泡（圖三）
通電時(shí): 電流逐漸 ，燈泡逐漸變亮
斷電時(shí): 電流逐漸 、燈泡逐漸變暗、電流方向不變
圖三 圖四
與線圈并聯(lián)的燈泡（圖四）
通電時(shí): 電流突然變大，然后逐漸減小，若RL＝0，燈泡最后不亮
斷電時(shí): 電路中穩(wěn)態(tài)電流為I1、I2、①若I2≤I1，燈泡逐漸變暗②若I2>I1，燈泡 后逐漸變暗。兩種情況燈泡電流方向均 。
4.自感系數(shù)：
（1）自感電動(dòng)勢的大小：E＝ ，其中L是線圈的 ，簡稱自感或電感。
（2）單位： ，符號(hào)：H。常用的還有毫亨（mH）和微亨（μH）。換算關(guān)系是：1H＝103mH＝106μH。
（3）決定線圈自感系數(shù)大小的因素：線圈的 、形狀、圈數(shù)以及是否有鐵芯等。
例2：如圖所示，L是自感很大、電阻不計(jì)的線圈，當(dāng)合上或斷開開關(guān)S1和S2后，下列情況不可能發(fā)生的是(　 )
A．S2斷開，S1合上瞬間，Q燈逐漸亮起來
B．合上S1、S2穩(wěn)定后，P燈是暗的
C．保持S2閉合，斷開S1瞬間，Q燈立即熄滅，P燈閃亮一下再熄滅
D．保持S2閉合，斷開S1瞬間，P燈和Q燈都是過一會(huì)才熄滅
變式訓(xùn)練：圖甲和圖乙是教材中演示自感現(xiàn)象的兩個(gè)電路圖，L1和L2為電感線圈．實(shí)驗(yàn)時(shí)，斷開開關(guān)S1瞬間，燈A1突然閃亮，隨后逐漸變暗；閉合開關(guān)S2，燈A2逐漸變亮，而另一個(gè)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與L2的電阻值相同
D．圖乙中，閉合S2瞬間，L2中電流與變阻器R中電流相等
三、磁場的能量
（1）線圈中電流從無到有時(shí)，磁場從無到有，電源把能量輸送給______，儲(chǔ)存在_____中。
（2）線圈中電流減小時(shí)，____ 中的能量釋放出來轉(zhuǎn)化為電能。
（3）自感電動(dòng)勢有阻礙線圈中_______的性質(zhì)。
例3：（多選）如圖所示為無線充電原理圖，由與充電基座相連的送電線圈和與手機(jī)電池相連的受電線圈構(gòu)成。當(dāng)送電線圈通入周期性變化的電流時(shí)，就會(huì)在受電線圈中感應(yīng)出電流，從而實(shí)現(xiàn)為手機(jī)充電。在充電過程中（　　）
A．送電線圈中產(chǎn)生均勻變化的磁場
B．送電線圈中產(chǎn)生周期性變化的磁場
C．送電線圈和受電線圈通過互感現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)能量傳遞
D．手機(jī)電池是直流電源，所以受電線圈輸出的是恒定電流
課后鞏固練習(xí)
1、無線充電是近年發(fā)展起來的新技術(shù)。如圖所示，該技術(shù)通過交變磁場在發(fā)射線圈和接收線圈間傳輸能量。內(nèi)置接收線圈的手機(jī)可以直接放在無線充電基座上進(jìn)行充電，下列關(guān)于無線充電的說法正確的是（　　）
A．在充電過程中沒有電能損失 B．無線充電基座可以用直流電源供電
C．無線充電過程主要利用了電磁感應(yīng)原理 D．無線充電基座可以對(duì)所有手機(jī)進(jìn)行無線充電
2、關(guān)于自感現(xiàn)象，下列說法中正確的是（　　）
A．對(duì)于同一線圈，當(dāng)電流變化較快時(shí)，線圈中的自感系數(shù)也較大
B．線圈中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢較大的其自感系數(shù)一定較大
C．感應(yīng)電流不一定和原電流方向相反
D．對(duì)于同一線圈，電流變化越快，線圈中的自感電動(dòng)勢越小
3、如圖所示的電路中，A1和A2是完全相同的燈泡，線圈L的電阻可以忽略，下列說法正確的是(　　)
A．閉合開關(guān)S接通電路時(shí)，A2始終比A1亮
B．閉合開關(guān)S接通電路時(shí)，A2先亮，A1后亮，最終A1更亮
C．?dāng)嚅_開關(guān)S切斷電路時(shí)，A2先熄滅，A1過一會(huì)兒才熄滅
D．?dāng)嚅_開關(guān)S切斷電路時(shí)，A1和A2都要過一會(huì)兒才熄滅
4、在制作精密電阻時(shí)，為了消除使用過程中由于電流變化而引起的自感現(xiàn)象，采用雙線并繞法，如圖所示，其道理是（　　）
A．當(dāng)電路中的電流變化時(shí)，兩股導(dǎo)線中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢互相抵消
B．當(dāng)電路中的電流變化時(shí)，兩股導(dǎo)線中產(chǎn)生的感應(yīng)電流互相抵消
C．因電流反向，兩股導(dǎo)線中產(chǎn)生的磁通量互相抵消，沒有磁通量的變化
D．以上說法均不對(duì)
5、如圖所示是研究通電自感實(shí)驗(yàn)的電路圖，A1、A2是兩個(gè)規(guī)格相同的小燈泡，閉合電鍵調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R的滑動(dòng)觸頭，使兩個(gè)燈泡的亮度相同，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R1的滑動(dòng)觸頭，使他們都正常發(fā)光，然后斷開電鍵S。再重新閉合電鍵S，則（　　）
A．穩(wěn)定后，L和R兩端的電勢差一定相同 B．穩(wěn)定后，A1和A2兩端電勢差不相同
C．閉合瞬間，A1、A2均立刻變亮 D．閉合瞬間，A1立刻變亮，A2逐漸變亮
6、如圖所示的電路中，電源的電動(dòng)勢為E，內(nèi)阻為r，線圈L的電阻不計(jì)，電阻R的阻值大于燈泡D的阻值。在t＝0時(shí)刻閉合開關(guān)S，經(jīng)過一段時(shí)間后，在t＝t1時(shí)刻斷開開關(guān)S。如選項(xiàng)圖所示，表示A、B兩點(diǎn)間電壓UAB隨時(shí)間t變化的圖像中，正確的是(　 )
7、如圖所示，A、B是兩個(gè)完全相同的小燈泡，L是電阻不計(jì)、自感系數(shù)很大的線圈。下列說法不正確的有（　　）
A．閉合S1，再閉合S2，A燈將變暗 B．閉合S1，再閉合S2，B燈將變暗直至熄滅
C．閉合S1、S2穩(wěn)定后，再斷開S1，A燈將立即熄滅
D．閉合S1、S2穩(wěn)定后，再斷開S1，B燈先亮一下然后變暗直至熄滅
8、如圖所示的電路中，L1、L2、L3是三個(gè)相同的燈泡，電感L的電阻和電源的內(nèi)阻可忽略，D為理想二極管。下列判斷正確的是（ ）
A．開關(guān)K從斷開狀態(tài)突然閉合時(shí)，L1逐漸變亮，L2一直不亮，L3立即變亮
B．開關(guān)K從斷開狀態(tài)突然閉合時(shí)，L1、L3逐漸變亮，L2立即變亮
C．開關(guān)K從閉合狀態(tài)突然斷開時(shí)，L1、L3逐漸熄滅，L2突然變亮，然后逐漸變暗至熄滅
D．開關(guān)K從閉合狀態(tài)突然斷開時(shí)，L1逐漸熄滅，L2突然變亮，然后逐漸變暗至熄滅，L3立即熄滅
9、課上老師帶領(lǐng)同學(xué)觀察自感現(xiàn)象，如圖1所示，線圈L與燈泡A1串聯(lián)，滑動(dòng)變阻器R與燈泡A2串聯(lián)。閉合開關(guān)S，燈泡 （選填“A1”、“A2”）立即亮起，燈泡 （選填“A1”、“A2”）緩慢亮起。在圖2所示實(shí)驗(yàn)中，先閉合開關(guān)S使燈泡發(fā)光，并設(shè)通過線圈L的電流為I1，通過小燈泡的電流為I2，然后斷開開關(guān)，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)小燈泡閃亮一下再熄滅，這說明I1 I2（填“>”、“<”或“=”）。

（2）為了更好說明自感電動(dòng)勢阻礙線圈的電流變化，老師帶領(lǐng)同學(xué)用電流傳感器（相當(dāng)于電流表，其電阻可以忽略不計(jì)）顯示自感對(duì)電流的影響，對(duì)圖3和圖4電路，我們觀察開關(guān)S閉合流過傳感器的電流；用圖5電路觀察開關(guān)S斷開前后流過傳感器的電流。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：
閉合開關(guān)S，圖3電路傳感器的波形大約如 （選填“甲、乙、丙、丁”）所示；
閉合開關(guān)S，圖4電路傳感器的波形大約如 （選填“甲、乙、丙、丁”）所示；
切斷開關(guān)S，圖5電路中傳感器1的波形大約如 （選填“甲、乙、丙、丁”）所示；
切斷開關(guān)S，圖5電路中傳感器2的波形大約如 （選填“甲、乙、丙、丁”）所示。

參考答案：
一、感應(yīng)電動(dòng)勢 互感 互感現(xiàn)象 例1：C 變式訓(xùn)練： A
二、 變化的 感應(yīng)電動(dòng)勢 亮起來 逐漸變亮 一樣亮 阻礙 閃亮 反向 增大 增大 減小 閃亮 改變 L 自感系數(shù) 亨利 大小 例2：D 變式訓(xùn)練：C
三、磁場 磁場 磁場 電流變化 例3：BC
課后鞏固練習(xí)
1、C 2、 C 3、D 4、C
5、A 6、 B 7、A 8、D
9、A2 A1 > 乙 甲 丁 丙

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