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1、第六节互感和自感学案 【学习目标】(1)、知道互感现象和互感电动势。(2)、知道自感现象和自感电动势。(3)、知道自感系数。(4)、了解日光灯的工作原理(5)、会灵活运用公式求感生电动势(6)、会利用自感现象和互感现象解释相关问题【学习重点】自感现象产生的原因及特点。【学习难点】运用自感知识解决实际问题。【学习方法】讨论法、探究法、实验法【学习用具】变压器原理说明器(用400匝线圈)、3.8V0.3A灯泡两只、滑动变阻器、电源(3V)、导线、开关,日光灯组件,【学习过程】一、复习旧课,引入新课1、引起电磁感应现象最重要的条件是什么?2、楞次定律的内容是什么?二、新课学习问题:在法拉第的实验中两
2、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?(一)互感现象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 ,这种感应电动势叫做 。利用互感现象可以把 由一个线圈传递到另一个线圈。变压器就是利用互感现象制成的。如下图所示。 在电力工程中和电子电路中,互感现象有时会影响电路的正常工作,这时要设法 电路间的互感现象。例如在电路板的刻制时就要设法减小电路间的 现象。(二)、自感现象1、动手做一做实验1:断电自感现象。学生几人一组作实验实验电路如图所示。接通电路,灯泡正常发光后,迅速断
3、开开关,可以看到灯泡闪亮一下再逐渐熄灭。问1:灯泡闪亮一下,说明了什么问题?问2:在开关断开这一瞬间,增大的电压从哪里来的。实验2:将与灯泡并联的线圈取掉。再演示上述实验,这时灯泡不再闪亮。问3:线圈本身并不是电源,它又是如何提供高电压的呢?2、分析现象,建立概念 讨论:相互讨论。出示实验电路图,运用已学过的电磁感应的知识来分析实验现象。 问:这个实验中,线圈也发生了电磁感应。那么是什么原因引起线圈发生电磁感应呢?问1:开关接通时,线圈中有没有电流?问2:有电流通过线圈时,线圈会不会产生磁场?根据是什么?问3:既然线圈产生了磁场,那么就有磁感线穿过线圈,线穿过线圈的磁胎量就不等于0。开关断开后
4、,线圈中还有磁通量吗?问4:所以,在开关断开这一过程中,穿过线圈的磁通量变了吗?如何变化?问5:穿过线圈的磁通量发生了变化,会发生什么现象? 讨论小结: 建立概念:上述现象属于一种特殊的电磁感应现象,发生电磁感应的原因是由于通过导体 的电流发生变化而引起磁通量变化。这种电磁感应现象称为 。自感现象:由于 发生变化而产生的电磁感应现象。自感电动势:在 现象中产生的感应电动势。:在实验中,若线圈L的电阻RL与灯泡A的电阻RA相等,则电键 断开前后通过线圈的电流随时间的变化图像为 图,通过灯泡的电流随时间的变化图像为 图;若RL远小于RA,则电键 断开前后通过线圈的电流随时间的变化图像为 图,通过灯
5、泡的电流图像为 图。It A B C DItItIt答案:A;C;B;D3、演示实验,强化概念实验3:演示通电自感现象。实验电路如图。开关接通时,可以看到,灯泡2立即正常发光,而灯泡1是逐渐亮起来的。问:为什么会出现这种现象呢?问:为什么自感电动势不是使灯泡1突然变得很亮,而是使它慢慢变亮呢?4、综合因素,讲解规律在自感现象中,自感电动势的产生是由于导体本身的电流发生了变化而引起的,而自感电动势却总是阻碍导体中原来电流的变化的。特点:自感电动势总是 导体中原来电流的 的。具体而言: 如果导体中原来的电流是增大的,自感电动势就要阻碍原来电流的增大。I原,则自(I自)与I原相反 如果导体中原来的电
6、流是减小的,自感电动势就要阻碍原来电流的减小。I原,则自(I自)与I原相同5、分析实验,深化理解实验1称为断电自感现象,实验2称为通电自感现象。那么,在实验1中电路接通的瞬间,线圈是否发生自感?在实验2中,把开关断开时,线圈是否发生自感现象呢?实验2中,如果以很快的频率反复打开、闭合开关,会出现什么现象呢?实验1中开关断开了,电源已不再给灯泡提供电能了,灯还闪亮一下。这些能量是哪里来的呢?是凭空产生了能量吗?练习:实验中,当电键闭合后,通过灯泡1的电流随时间变化的图像为 图;通过灯泡2的电流随时间变化的图像为 图。ItItItIt答案:C;A(二)、自感系数问:感应电动势的大小跟什么因素有关?
7、自感电动势的大小跟其它感应电动势的大小一样,跟穿过线圈的磁通量的变化快慢有关。而在自感现象中,穿过线圈的磁通量是由电流引起的,故自感电动势的大小跟导体中电流变化的快慢有关。(阅读教材)理论分析表明:E= 。L称为线圈的自感系数,简称自感或 。自感表示线圈产生 本领大小的物理量。L的大小跟线圈的形状、长短、匝数、有无铁芯有关。单位:亨利(H)1H= mH= H(三)、自感现象的应用日光灯的原理日光灯就是利用自感现象的例子。灯管的两端各有一个灯丝,灯管内充有微量的氩和稀薄的天然汞蒸汽,灯管内壁涂有荧光物质。当灯管内的气体被击穿而导电时,灯管两端的灯丝就会释放出大量的电子,这些电子与汞原子碰撞而放出
8、紫外线,涂在灯管内的荧光物质在紫外线的照射下发出可见光,根据不同的需要充以不同的气体,并在管的内壁上涂上不同的荧光物质,就可制造出不同颜色的日光灯了。日光灯的电路图如下图所示:其中:启动器的作用是当开关闭合时电源把电压加在启动器两极间,使氖气放电发出辉光,辉光产生的热量使U形触片膨胀伸长接触静片而电路导通,于是镇流器中的线圈和灯管中的灯丝就有电流通过,电路接通后,启动器中的氖气停止放电,U形触片冷却收缩,电路断开,镇流器线圈因自感产生一个瞬时高压,这个高压加上电源两端的电压一起加在灯管的两端,使水银蒸汽开始放电导通,使日光灯发光。在启动器两触片间还并联了一个电容,它的作用是在动静触片分离时避免
9、产生火花而烧毁,没有电容器,启动器也能正常工作,日光灯启动后,启动器就不需要了。镇流器就是一个自感系数很大的线圈,在日光灯点燃时,利用自感现象,产生瞬时高压,在日光灯正常发光时,利用自感现象起降压限流的作用。(四)磁场中的能量开关闭合时线圈中有电流,电流产生磁场,能量储存在磁场中,开关断开时,线圈作用相当于电源,把磁场中的能量转化成 。【课堂练习】例1、关于自感现象,正确的说法是:A、感应电流一定和原电流方向相反;B、线圈中产生的自感电动势较大的其自感系数一定较大;C、对于同一线圈,当电流变化越大时,线圈中产生的自感电动势也越大;D、自感电动总是阻碍原来电流变化的。解:D。例2、如图所示,两个
10、电阻的阻值都是R,多匝线圈的电阻和电源内阻均可忽略不计。电键S原来断开,此时电路中的电流为I0=/2R。现将S闭合,于是线圈产生自感电动势,此自感电动势的作用是:A、使电路的电流减小,最后由I0将小到0;B、有阻碍电流增大的作用,最后电流小于I0;C、有阻碍电流增大的作用,因而电流总保持不变;D、有阻碍电流增大的作用,但电流还是增大,最后等于I0。解:D。说明:要深刻理解“阻碍”的意思。阻碍并不等于“阻止”。当原电流增大时,自感电动势要阻碍电流的增大,但电流最后还是要增大的,只不过增大得慢些(如通电自感实验中所见);当原电流减小时,自感电动势要阻碍电流的减小,但电流最后还是要减小的,只不过减小得慢些(如断电自感实验中所见)。自感电动势的作用只不过是起一个“延时”作用。例3、如图所示的电路中,L是一带铁芯的线圈,R为电阻。两条支路的直流电阻相等。那么在接通和断开电键的瞬间,两电流表的读数I1、I2的大小关系是:A、接通时I1I2; B、接通时I1I2,断开时I1I2; D、接通时I1=I2,断开时I1I2。解:B。【学习小结】【学习反思】: