物理3-2人教版精编习题含详解答案第四章第六节互感和自感汇总.doc
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1、第六节互感和自感学习目标1.了解互感现象及其应用2.能够通过电磁感应的有关规律分析通电自感和断电自感现象3.了解自感电动势的表达式EL,知道自感系数的决定因素4.了解自感现象中的能量转化一、互感现象(阅读教材第22页第1段至第3段)1互感:两个线圈之间并没有导线相连,但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这种现象叫做互感,这种感应电动势叫做互感电动势2互感的应用:利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈,如变压器就是利用互感现象制成的3互感的危害:互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间,互感现象有时会影响电路的正常工作拓展延伸(解疑难)1互感
2、现象是一种常见的电磁感应现象,也满足法拉第电磁感应定律2互感能不通过导线相连来传递能量3变压器是利用互感制成的,而影响正常工作的互感现象要设法减小1.(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()(3)只有闭合的回路才能产生互感()提示:(1)(2)(3)二、自感现象和自感系数(阅读教材第22页第4段至第24页第3段)1自感:当一个线圈中的电流自身发生变化时,它产生的变化的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势,同样也在它本身激发出感应电动势的电磁感应现象2自感电动势:由于自感现象而产生的感应电动势 E
3、L,其中L是自感系数,简称自感或电感3自感系数(1)单位:亨利,符号H.(2)决定自感系数大小的因素:与线圈的圈数、大小、形状以及有无铁芯等因素有关拓展延伸(解疑难)1自感电动势的作用:总是阻碍导体中原电流的变化,即总是起着推迟电流变化的作用2自感电动势的方向:自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化,当原来电流增大时,自感电动势的方向与原来电流方向相反;当原来电流减小时,自感电动势的方向与原来电流方向相同也遵循“增反减同”的规律3自感系数是由线圈本身性质决定的,是表征线圈产生自感电动势本领大小的物理量,数值上等于通过线圈的电流在1 s内改变1 A时产生的自感电动势的大小4线圈的长度越长,截面积
4、越大,单位长度上匝数越多,线圈的自感系数越大,线圈有铁芯比无铁芯时自感系数大得多2.(1)线圈的自感系数与电流大小无关,与电流的变化率有关()(2)线圈自感电动势的大小与自感系数L有关,反过来,L与自感电动势也有关()(3)线圈中电流最大的瞬间可能没有自感电动势()(4)自感现象中,感应电流一定与原电流方向相反()(5)一个线圈中的电流均匀增大,自感电动势也均匀增大()提示:(1)(2)(3)(4)(5)三、磁场的能量(阅读教材第24页第4段至第7段)1线圈中电流从无到有时:磁场从无到有,电源的能量输送给磁场,储存在磁场中2线圈中电流减小时:磁场中的能量释放出来转化为电能拓展延伸(解疑难)在自
5、感现象中电能转化为线圈内的磁场能或线圈内的磁场能转化为电能,因此自感现象遵循能量守恒定律3.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?试从能量的角度加以解释提示:开关断开后,线圈中储存的能量释放出来转化为电能,故灯泡发光会持续一段时间对自感现象的理解学生用书P30 自感现象的分析思路1明确通过自感线圈的电流的变化情况(增大或减小)2根据“增反减同”,判断自感电动势的方向3分析阻碍的结果:电流增大时,由于自感电动势的作用,线圈中的电流逐渐增大,与线圈串联的元件中的电流也逐渐增大;电流减小时,由于自感电动势的作用,线圈中的电流逐渐减小,与线圈串联的元件中的电流也逐渐减小(自选例
6、题,启迪思维)1. 如图所示的电路中,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()AI1开始较大而后逐渐变小BI1开始很小而后逐渐变大CI2开始很小而后逐渐变大DI2开始较大而后逐渐变小思路探究(1)闭合开关S瞬间,线圈中的电流是如何变化的?线圈中自感电动势如何阻碍电流变化?(2)电阻R1两端电压如何变化?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
7、,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I1逐渐减小,故选AC.答案AC2. 如图所示,带铁芯的电感线圈的电阻与电阻器R的阻值相同,A1和A2是两个完全相同的电流表,则下列说法中正确的是()A闭合S瞬间,电流表A1的示数小于A2的示数B闭合S瞬间,电流表A1的示数等于A2的示数C断开S瞬间,电流表A1的示数大于A2的示数D断开S瞬间,电流表A1的示数等于A2的示数解析闭合开关时,线圈中产生与电流反向的自感电动势起到阻碍作用,所以电流表A1的示数小于电流表A2的示数,A对、B错;断开开关时,线圈中产生与原电
8、流同向的自感电动势,并与R组成临时回路,电流表A1与电流表A2示数相等,C错、D对答案AD3. 如图所示是一种延时装置的原理图,当S1闭合时,电磁铁F将衔铁D吸下,C线路接通;当S1断开时,由于电磁感应作用,D将延迟一段时间才被释放则()A由于A线圈的电磁感应作用,才产生延时释放D的作用B由于B线圈的电磁感应作用,才产生延时释放D的作用C如果断开B线圈的开关S2,无延时作用D如果断开B线圈的开关S2,延时将变化解析线圈A中的磁场随开关S1的闭合而产生,随S1的断开而消失当S1闭合时,线圈A中的磁场穿过线圈B,当S2闭合,S1断开时,线圈A在线圈B中的磁场变弱,线圈B中有感应电流,B中电流的磁场
9、继续吸引D而起到延时的作用,所以B正确、A错误;若S2断开,线圈B中不产生感应电流而起不到延时作用,所以C正确、D错误答案BC名师点评(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体,阻值即为直流电阻通、断电自感中灯泡亮度变化分析学生用书P31 1通电自感如图甲所示,线圈产生的自感电动势阻碍电流的增加,使线圈的电流从通电瞬间的0逐渐增大到正常值,所以与线圈串联的灯泡的亮度是逐渐亮起来甲 乙2断电自感如图乙所示,正常工作时线圈和电灯的电流分别为IL和IA.断电后,线圈产生自感电动势,线圈与灯泡组成回路,线圈起到电源作用线圈产生的自感电动势阻碍电流的减小,使
10、线圈中的电流由IL逐渐减小到0,因此灯泡中的电流也由断电前的IA突变为IL,然后逐渐减小到0,亮度也是逐渐变小到熄灭,当然灯泡中的电流方向由断电前的dc突变为cd.若ILIA,灯泡闪亮一下再逐渐熄灭若ILIA,灯泡逐渐熄灭,不闪亮(自选例题,启迪思维)1. (2015南京师大附中高二测试)如图所示的电路中,a、b、c为三盏完全相同的灯泡,L是一个自感系数很大、直流电阻为零的自感线圈,E为电源,S为开关关于三盏灯泡,下列说法正确的是()A合上开关,c、b先亮,a后亮B合上开关一会后,a、b一样亮C断开开关,b、c同时熄灭,a缓慢熄灭D断开开关,c马上熄灭,b闪一下后和a一起缓慢熄灭思路探究(1)
11、合上开关时L产生的自感电动势有什么作用?a灯的亮度如何变化?(2)断开开关后L产生的自感电动势有什么作用?b灯闪亮吗?a灯闪亮吗?解析闭合开关S时,由于线圈L的自感作用,流过a灯的电流逐渐增大,所以a灯后亮,b、c灯与电源构成回路,所以b、c灯先亮,故A正确合上开关一会后,电路稳定,L是一个直流电阻为零的自感线圈,可视为导线,a、b灯完全相同,并联电压相同,故a、b灯一样亮,故B正确断开开关瞬间,a、b灯与线圈构成闭合回路由于L的自感作用,a、b灯的电流要逐渐减小,故c灯马上熄灭,a、b灯缓慢熄灭,C错误由于电路稳定时,a、b灯中电流相同,故b灯无闪亮现象,D错误. 答案AB2. 如图所示,L
12、为一纯电感线圈(即电阻为零),LA是一灯泡,下列说法正确的是()A开关S接通瞬间,无电流通过灯泡B开关S接通后,电路稳定时,无电流通过灯泡C开关S断开瞬间,无电流通过灯泡D开关S接通瞬间,灯泡中有从a到b的电流,而在开关S断开瞬间,灯泡中有从b到a的电流解析L的直流电阻为0是指电路稳定后相当于短路当通电瞬间,L相当于断路,电流通过灯泡且电流从a到b,稳定后,灯泡被短路熄灭断电后,L和LA组成回路,LA闪亮一下再逐渐熄灭,所以B、D正确答案BD名师点评(1)分析通、断电自感灯泡的亮度变化的关键是弄清电路的连接情况,根据自感线圈的自感电动势的方向进行具体分析(2)断电自感时灯泡是否闪亮一下再熄灭的
13、判断方法是通过比较断电前的线圈的电流和灯泡的电流的大小来确定思想方法自感现象中图象问题的解决方法1明确研究对象及所研究的问题2分析所研究对象在电路中的位置,与电源、线圈等的关系及其电流、电压在某一段时间内的大小、方向和变化情况3看是否规定正方向,若没有说明,可只考虑其数值4结合题意和已知条件,利用自感知识和电路知识等进行分析和计算,从而确定出不同时间内某物理量随时间的变化规律范例 如图所示电路中,L为自感系数很大、电阻为RL的线圈,A为一阻值为RA的小灯泡,已知RLRA,电源的电动势为E,内阻不计,某物理实验小组的同学们把S闭合一段时间后开始计时,记录各支路的电流,测得流过L的电流为i1,流过
14、灯A的电流为i2,并在t1时刻将S断开,画出了通过灯泡A的电流随时间变化的图象,你认为正确的是()解析当S闭合时,由于RLRA,故开始一段时间内,各支路电流之间的关系为i2i1,流过灯A的电流方向从左向右,S断开时,由于L的自感作用,流经L的电流方向从左向右不变,大小由原来的i1逐渐减小,它与灯A构成闭合回路,由此可知灯A的电流方向与原来相反,大小与L中电流相同,即由i1逐渐减小,故A、B、C错,D对答案D如图所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,电感L的电阻不计,电阻R的阻值大于灯泡D的阻值在 t0 时刻闭合开关S,经过一段时间后,在tt1时刻断开S.下列表示A、B两点间电压UAB随时间
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