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高二物理互感和自感教案設(shè)計(jì)模板
[要點(diǎn)導(dǎo)學(xué)]
1.互感現(xiàn)象是一種常見的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,如圖4-6-1只要A線圈的電路中可變電阻的阻值R周期性地變化,那么A和B兩個(gè)線圈之間就會(huì)發(fā)生互感現(xiàn)象。例如電阻R增大,A中電流變小,B線圈中磁通量減少產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場也會(huì)引起A線圈中磁通量的變化,所以A、B兩個(gè)線圈的磁通量是互相影響的,象這樣兩個(gè)互相靠近的線圈中只要有一個(gè)線圈中的電流變化,就會(huì)出現(xiàn)互感現(xiàn)象。
2.自感現(xiàn)象是因?yàn)榫�圈自身的電流變化而引起線圈的磁通量變化,由此產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫自感電動(dòng)勢(shì)。所以自感現(xiàn)象就是一種電磁感應(yīng)現(xiàn)象。自感現(xiàn)象既遵循法拉第電磁感應(yīng)定律又遵循楞次定律。只是因?yàn)樽愿芯�圈內(nèi)的磁通量的變化率與線圈內(nèi)的電流的變化率成正比例,所以電流變化越快自感電動(dòng)勢(shì)越大。也就是說自感電動(dòng)勢(shì)與電流的變化率成正比,比例常數(shù)就是自感系數(shù)L,單位是亨利,符號(hào)是H。
3.因?yàn)樽愿鞋F(xiàn)象是以電流變化為主線展開討論的,所以在研究自感問題時(shí),應(yīng)首先研究電流的變化情況。因電流的變化引起磁場的變化,磁場的變化引起磁通量的變化,磁通量的變化產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì),自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙電流的變化。但阻礙電流的變化不等于阻止電流的變化。
4.在具體分析自感支路對(duì)其他電路影響時(shí),如果自感支路的電流在減少則應(yīng)該把產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)的線圈看作新的電源,新電源阻礙電流的減少;如果自感支路中的電流在增大,自感線圈就相當(dāng)于一個(gè)接反了的電源,這一電源阻礙電流的增加。
5.線圈的自感系數(shù)是由線圈自身的性質(zhì)決定的,與線圈中的電流無關(guān)。這一點(diǎn)就象導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體中的電流無關(guān)一樣。影響線圈自感系數(shù)的因素很多(空心線圈的自感系數(shù)與單位長度的匝數(shù)的平方成正比,與線圈的體積成正比),但插入鐵芯線圈的自感系數(shù)明顯增大(約為103-104倍)。
6.磁場與電場一樣也具有能量,磁場是由電流產(chǎn)生的,所以線圈中電流變化時(shí)磁場的能量就在變化;電場是由電荷產(chǎn)生的,所以電容器中電荷量變化時(shí)電場的能量就在變化。電場能與磁場能可以相互轉(zhuǎn)化,這一問題后面還會(huì)繼續(xù)學(xué)習(xí)。
[范例精析]
例1 如圖4-6-2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,下列說法中正確的是:( )
A.合上開關(guān)K接通電路時(shí)A2先亮,A1后亮最后一樣亮
B.合上開關(guān)K接通電路時(shí),A1和A2始終一樣亮
C.斷開開關(guān)K切斷電路時(shí),A2立刻熄滅,A1過一會(huì)兒熄滅
D.斷開開關(guān)K切斷電路時(shí),A1和A2都要過一會(huì)兒才熄滅
解析:合上開關(guān)K接通電路時(shí)L阻礙電流增大,所以A2先亮、A1后亮。斷開開關(guān)K切斷電路時(shí),在L、A1、A2組成了新電路,L是新電源,(電流方向順時(shí)針),所以A1A2都要過一會(huì)兒才熄滅。正確答案是A和D。
拓展: 在斷開開關(guān)K時(shí)L中的電流減小,L中產(chǎn)生了阻礙電流減小的自感電動(dòng)勢(shì),但阻礙不是阻止,電流還是在減小,電流的方向還是由L流向A1,再流入A2,再流入L,形成順時(shí)鐘方向的電流。
例2圖4-6-3為一演示實(shí)驗(yàn)電路圖,圖中L是一帶鐵芯的線圈,A是一燈泡,電鍵K處于閉合狀態(tài),電路是接通的,現(xiàn)將電鍵K打開,則在電路切斷的瞬間,通過燈泡A的電流方向是從 端到 端,這個(gè)實(shí)驗(yàn)是用來演示 現(xiàn)象。
解析:K閉合時(shí)L中電流的方向是b-L-a,K斷開的瞬間L中電流突然減小,L中產(chǎn)生阻礙電流減小的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),L成為新的電源,但電流只能在原方向上減小,所以正確答案是:[a到b,斷路時(shí)的自感現(xiàn)象]。
拓展:本題的考查點(diǎn)與上題相同,說明這部分內(nèi)容是高考的熱點(diǎn)內(nèi)容。應(yīng)該高度重視。
例3 一個(gè)線圈的電流在均勻增大,則這個(gè)線圈( )
A.自感系數(shù)也將均勻增大
B.自感電動(dòng)勢(shì)也將均勻增大
C.磁通量也將均勻增大
D.自感系數(shù),自感電動(dòng)勢(shì)都不變
解析:電流均勻增大則磁通量均勻增大,磁通量的變化率恒定。所以自感電動(dòng)勢(shì)不變。自感系數(shù)與電流無關(guān)。正確答案是C和D。
拓展:在自感現(xiàn)象中電流的變化率與磁通量的變化率是成正比例的,因?yàn)榫�圈中的磁場就是它自身的電流產(chǎn)生的,電流增大磁場就增強(qiáng),磁通量就增大。
例4、如圖4-6-4所示的電路中,兩個(gè)電流表G1和G2的零點(diǎn)都在刻度盤中央,當(dāng)電流從-接線柱流入時(shí),指針向右擺,當(dāng)電流從+接線柱流入時(shí),指針向左擺,當(dāng)電路接通并達(dá)到穩(wěn)定時(shí)再斷開的瞬間,下列哪個(gè)說法符合實(shí)際( )
A.G1指針向左擺,G2指針向右擺
B.G1指針向右擺,G2指針向左擺
C.G1、G2的指針都向左擺
D.G1、G2的指針都向右擺
解析:K斷開的瞬間,LRG1G2組成了一個(gè)新的回路,新回路的電源是L,L阻礙L中的向右的電流減少,所以回路中還有順時(shí)針的電流,正確答案是A。
拓展:本題的考點(diǎn)與例一和例二相同,只是在情景上多加了兩個(gè)電流表,這類問題的關(guān)鍵是確定L中原來的電流方向,L作為新電源時(shí)電流的方向并不改變。
例5如圖4-6-5所示的兩個(gè)線圈A和B并排放置,當(dāng)A線圈的電鍵S閉合的瞬時(shí),B線圈中因磁通量增加而產(chǎn)生感應(yīng)電流。請(qǐng)說明此時(shí)B線圈中感應(yīng)電流對(duì)A線圈中的磁場有何影響?
解析 由圖4-6-5可知,開關(guān)閉合時(shí)A線圈的下面出現(xiàn)N極,B線圈因磁通量增加而產(chǎn)生感應(yīng)電流,根據(jù)楞次定律B線圈下面也是出現(xiàn)N極(阻礙A線圈的磁感線穿入B),B線圈中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁感線是由下而上地穿過A線圈的(與A線圈中磁場反向),所以感應(yīng)電流的磁場起著阻礙A線圈中磁場增強(qiáng)的作用。
拓展 由此可見只要A線圈的磁感線穿過B,而B能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流并且感應(yīng)電流的磁感線又能夠穿過A,那么不管A、B的位置如何放置,A、B之間都能夠產(chǎn)生互感現(xiàn)象。
例6 家用日光燈電路是利用自感現(xiàn)象的一個(gè)常見的例子。日光燈的電路如圖4-6-6,圖中S是是啟動(dòng)器(內(nèi)有雙金屬片并充氖氣),L是鎮(zhèn)流器(有鐵芯的線圈),D是日光燈燈管。試分析日光燈工作原理。
解析 開關(guān)閉合后,220V電壓加在啟動(dòng)器S的兩端,使啟動(dòng)器玻璃泡內(nèi)氖氣放電,放電產(chǎn)生的熱量使玻璃泡內(nèi)的雙金屬片膨脹,動(dòng)觸片與靜觸片短路,電流突然增大,鎮(zhèn)流器因電流突變產(chǎn)生很大的自感電動(dòng)勢(shì),這一高電動(dòng)勢(shì)使日光燈燈管內(nèi)汞蒸汽放電,日光燈就發(fā)光了。
拓展 日光燈鎮(zhèn)流器的作用有兩個(gè)方面:一是在啟動(dòng)時(shí)給燈管提供高電壓;二是在正常使用時(shí)限制通過燈管的電流(因?yàn)槿展鉄綦娐分惺褂媒涣麟?鎮(zhèn)流器線圈的自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙電流的變化,鎮(zhèn)流器的名稱由此而來)。 分析日光燈的電路圖時(shí),應(yīng)以日光燈管為中心。啟動(dòng)器與日光燈管并聯(lián),鎮(zhèn)流器與日光燈管串聯(lián),這樣分析有利于記憶掌握日光燈的電路圖,也有利于理解啟動(dòng)器和鎮(zhèn)流器的作用。
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