2022-2023学年人教版选择性必修第二册 第二章 第4节 互感和自感 学案

1、第4节 互感和自感1.了解互感现象及互感现象的应用。2.了解自感现象，认识自感电动势对电路中电流的影响。3了解自感系数的意义和决定因素。4.知道磁场具有能量。eq avs4al(一、互感现象)1填一填(1)互感现象：两个线圈之间没有导线相连，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的现象。(2)互感电动势：互感现象中产生的感应电动势。(3)应用：互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈，变压器、收音机的“磁性天线”就是利用互感现象制成的。(4)危害：互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间。在电力工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作。2

2、判一判(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，有的互感现象是可以利用的。()(3)只有闭合的回路才能产生互感现象。()3想一想如何理解互感现象？提示：互感现象是一种常见的电磁感应现象，它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且可以发生于任何相互靠近的电路之间。eq avs4al(二、自感现象和自感系数磁场的能量)1填一填(1)自感现象：当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场在线圈本身激发出感应电动势的现象。(2)自感电动势：由于自感而产生的感应电动势。(3)通电自感和断电自感电路现象自感电动势的作用通电自感

3、接通电源的瞬间，灯泡A1逐渐地亮起来阻碍电流的增加断电自感断开开关的瞬间，灯泡A逐渐变暗，直至熄灭阻碍电流的减小(4)断电自感的危害变压器、电动机等设备中有匝数很多的线圈，当电路中的开关断开时会产生很大的自感电动势，使得开关中的金属片之间产生电火花，烧蚀接触点，甚至会引起人身的伤害。(5)自感电动势的大小：ELeq f(I,t)，其中L是自感系数，简称自感或电感，单位：亨利，简称亨，符号为H。(6)自感系数大小的决定因素：自感系数与线圈的大小、形状、匝数，以及是否有铁芯等因素有关。(7)自感现象中的磁场能量线圈中电流从无到有时：磁场从无到有，可以看作电源把能量输送给磁场，储存在磁场中。线圈中电

4、流减小时：磁场中的能量释放出来转化为电能。(8)电的“惯性”：自感电动势有阻碍线圈中电流变化的“惯性”。2判一判(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)线圈中电流最大的瞬间可能没有自感电动势。()(3)在自感现象中，感应电流的方向一定和原电流的方向相同。()3选一选某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁芯的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E，用导线将它们连接成如图所示的电路。检查电路后，闭合开关S，小灯泡发光；再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象。虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他冥思苦想找不出原因。你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是

5、()A电源的内阻较大B小灯泡电阻偏大C线圈电阻偏大 D线圈的自感系数较大解析：选C在断电自感现象中，断电时线圈与小灯泡构成回路，线圈中储存的磁场能转化为电能，线圈相当于电源，自感电动势E自Leq f(I,t)，与原电源无关，选项A错误；如果小灯泡电阻偏大，则通过线圈的电流较大，断电时可能看到显著的延时熄灭现象和小灯泡闪亮现象，选项B错误；如果线圈电阻偏大，则通过线圈的电流较小，断电时只能看到不显著的延时熄灭现象，且小灯泡不会出现闪亮现象，选项C正确；如果线圈的自感系数较大，则自感电动势较大，可能看到显著的延时熄灭现象和小灯泡闪亮现象，选项D错误。对互感现象的理解及应用学透用活1互感现象是一种常

6、见的电磁感应现象，它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且可以发生于任何两个相互靠近的电路之间。2互感现象可以把能量由一个电路传到另一个电路。变压器就是利用互感现象制成的。典例1如图甲所示，A、B两绝缘金属环套在同一铁芯上，A环中电流iA随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法中正确的是()At1时刻，两环间作用力最大Bt2和t3时刻，两环相互吸引Ct2时刻两环相互吸引，t3时刻两环相互排斥Dt3和t4时刻，两环相互吸引解析t1时刻感应电流为0，故两环间作用力为0，A错误；t2和t3时刻A环中电流在减小，则B环中产生与A环中同向的电流，故相互吸引，B正确、C错误；t4时刻A环中电流为0，两

7、环无相互作用，D错误。答案B规律方法互感问题的分析方法(1)可利用楞次定律、安培定则及左手定则分析某个线圈中感应电流的方向及受力方向。(2)可从能量角度分析。对点练清1.如图所示，在铁芯P上绕着两个线圈a和b，则()A线圈a输入正弦交变电流，线圈b可输出恒定电流B线圈a输入恒定电流，穿过线圈b的磁通量一定为0C线圈b输出的交变电流不对线圈a的磁场造成影响D线圈a的磁场变化时，线圈b中一定产生感应电动势解析：选D当线圈a输入正弦交变电流时，线圈b输出同频率的正弦交变电流，A错误。当线圈a输入恒定电流时，线圈a产生稳定的磁场，通过线圈b的磁通量不变，但不为0，B错误。由于互感现象的存在，每个线圈中

8、的交变电流都会对另外一个线圈的磁场产生影响，C错误。当线圈a的磁场变化时，通过线圈b的磁通量发生变化，一定产生感应电动势，D正确。2绕在同一铁芯上的线圈、按如图所示方法连接，G为电流表，下列说法正确的是()A开关S闭合瞬间，G中的电流从左向右B保持开关S闭合，G中的电流从左向右C保持开关S闭合，向右移动滑动变阻器R0的滑动触头，G中电流从左向右D断开开关S的瞬间，G的示数也为0解析：选A闭合开关S瞬间，线圈中有电流通过，产生磁场，线圈内部磁场方向从左向右，线圈中也有磁场，穿过线圈的磁通量从无到有，产生感应电流，根据楞次定律可知，电流表中的电流从左向右，故A正确；保持开关S闭合，线圈中电流不变，

9、穿过线圈的磁通量不变，没有感应电流产生，G的示数为零，故B错误；保持开关S闭合，向右移动滑动变阻器R0的滑动触头，线圈中电流减小，线圈内部产生向右减弱的磁场，穿过线圈的磁通量变化，产生感应电流，根据楞次定律可知，电流表中的电流从右向左，故C错误；断开开关S的瞬间，线圈中电流减小(从有到无)，产生磁场逐渐减弱到0，穿过线圈的磁通量变小，产生感应电流，则电流表中有电流，故D错误。3.如图为安检门原理图，左边门框中有一通电线圈，右边门框中有一接收线圈。工作过程中某段时间通电线圈中存在(由左向右看)顺时针方向均匀减小的电流，则()A无金属片通过时，接收线圈中的感应电流方向为逆时针B无金属片通过时，接收

10、线圈中的感应电流增大C有金属片通过时，接收线圈中的感应电流方向为逆时针D有金属片通过时，接收线圈中的感应电流大小发生变化解析：选D左侧门框中某段时间通电线圈中存在(由左向右看)顺时针方向均匀减小的电流，无金属片通过时，右侧接收线圈中磁通量减小，根据楞次定律，右侧线圈中产生的感应电流方向为顺时针，大小恒定，选项A、B错误。有金属片通过时，金属片中产生涡流，使右侧接收线圈中的感应电流大小发生变化，方向仍为顺时针，故选项C错误，D正确。对自感现象的理解及应用学透用活1对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(是增大还是减小)。(2)根据“增反减同”，判断自感电动势的方向。(3)分析

11、阻碍的结果：当电流增大时，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；当电流减小时，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。2通电自感和断电自感的比较通电自感断电自感自感电路器材规格A1、A2同规格，RRL1，L1的自感系数较大L2的自感系数很大(有铁芯)自感现象S闭合瞬间，A2立即亮起来，A1逐渐变亮，最终一样亮S断开时，A渐渐熄灭续表通电自感断电自感产生原因S闭合时，流过L1的电流迅速增大，使L1产生自感电动势，阻碍电流的增大，流过A1的电流比流过A2的电流增大得慢，又RRL1，最终流过A1、A2的电流一样大S断开

12、时，流过L2的电流减小，L2产生自感电动势阻碍电流的减小，使电流继续存在一段时间。在S断开后，通过L2的电流会通过A(与原来A的电流方向相反)，A不会立即熄灭，若RL2RA，原有IL2IA，则A熄灭前要闪亮一下，若RL2RA，原有IL2IA，则A逐渐熄灭等效理解电感线圈的作用相当于一个阻值无穷大的电阻(短时间内减小为其直流电阻)电感线圈的作用相当于一个瞬时电源(其电动势在短时间内减小为0)3.电阻和电感在电路中的区别电阻R电感L阻碍作用对电流有阻碍作用对变化的电流有阻碍作用表现导线发热产生自感现象大小因素电阻越大，对电流的阻碍作用越大，电流一定时产生的电势差越大电感越大，电流变化越快，对电流的

13、阻碍作用越大，产生的自感电动势越大决定因素长度、横截面积、电阻率、温度线圈的大小、形状、有无铁芯以及匝数等典例2如图所示，电阻R的阻值和线圈自感系数L的值都较大，电感线圈的电阻不计，A、B是两只完全相同的灯泡，则下列说法正确的是()A当开关S闭合时，B比A先亮，然后A熄灭B当开关S闭合时，B比A先亮，然后B熄灭C当电路稳定后开关S断开时，A立刻熄灭，B逐渐熄灭D当电路稳定后开关S断开时，B立刻熄灭，A闪亮一下后再逐渐熄灭解析当开关S闭合时，由于电阻R的阻值和线圈自感系数L的值都较大，通过L和R的电流很小，相当于断路，A、B两灯一起亮，稳定后A灯被线圈L短路后熄灭，选项A、B错误；当电路稳定后开

14、关S断开时，B立刻熄灭，因为线圈L中会产生自感电动势，阻碍本身电流的减小，此电流会通过A灯形成回路，所以A先闪亮一下再逐渐熄灭，选项D正确，C错误。答案D规律方法(1)断开开关后，灯泡是否瞬间变得更亮，取决于电路稳定时两支路中电流的大小关系，即由两支路中电阻的大小关系决定。(2)若断开开关后，线圈与灯泡不能组成闭合回路，则灯泡会立即熄灭。(3)自感线圈直流电阻小与直流电阻不计含义不同，稳定时，前者相当于定值电阻，后者出现短路。对点练清1.如图所示，多匝线圈和电池的内阻均为0，两个电阻的阻值均为R，开关S断开时，电路中的电流为I。现将S闭合，于是电路中产生自感电动势，此自感电动势的作用是()A使

15、电路中的电流减小，最后由I减小到0B有阻碍电流的作用，最后电流小于IC有阻碍电流增大的作用，故电流总保持不变D有阻碍电流增大的作用，但电流还是增大，最后变为2I解析：选D当S闭合后，电路总电阻减小，电流增大，线圈产生自感电动势阻碍电流增大，但“阻碍”并不是“阻止”，电流最终仍增大到2I，故只有选项D正确。2.如图所示，A1和A2是完全相同的两只灯泡，线圈L的电阻可以忽略，下列说法正确的是()A闭合开关S瞬间，A1和A2同时亮B闭合开关S瞬间，A2先亮，A1后亮C断开开关S瞬间，A2先熄灭，A1后熄灭D断开开关S瞬间，A1先熄灭，A2后熄灭解析：选B合上开关S接通电路，A2立即亮，线圈对电流的增

16、大有阻碍作用，所以通过A1的电流慢慢变大，最后两灯泡的电压一样大，所以一样亮，故A错误，B正确；断开开关S切断电路时，线圈对电流的减小有阻碍作用，所以通过A1的电流会慢慢变小，并且通过A2，所以两灯泡一起逐渐熄灭，故C、D错误。3多选如图所示甲、乙电路中，线圈L的电阻很小，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，下列说法正确的是()A在电路甲中，断开S，A将逐渐变暗B在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后逐渐变暗C在电路乙中，断开S，A将逐渐变暗D在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后逐渐变暗解析：选AD由题图知，电路甲中，灯泡A与线圈L在同一个支路中，流过的电流相同，断开开关S时，线圈L中的

17、自感电动势使得支路中的电流瞬间不变，以后渐渐变小，A正确，B错误；电路乙中，灯泡A所在支路的电流比线圈所在支路的电流要小(因为线圈的电阻很小)，断开开关S时，线圈的自感电动势要阻碍电流变小，此瞬间线圈中的电流不变，线圈相当于一个电源给灯泡A供电，因此反向流过A的电流瞬间变大，然后逐渐变小，所以灯泡要先更亮一下，然后渐渐变暗，C错误，D正确。自感现象中的图像问题学透用活典例3如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，线圈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时刻断开开关S。如选项图所示，表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像中，正确的

18、是()解析开关S闭合的瞬间，由于线圈L的阻碍作用，由R与线圈L组成的支路相当于断路，后来由于线圈L的阻碍作用不断减小，相当于外电路并联部分的电阻不断减小，根据闭合电路的欧姆定律Ieq f(E,Rr)，整个电路中的总电流增大，由U内Ir得内电压增大，由UABEIr得路端电压UAB减小。电路稳定后，由于R的阻值大于灯泡D的阻值，所以流过线圈L支路的电流小于流过灯泡D的电流。当开关S断开时，由于线圈L的自感作用，流过灯泡D的电流立即与线圈L中电流相等，与灯泡D原来的电流方向相反且逐渐减小，即UAB反向减小，选项B正确。答案B规律方法(1)线圈L中电流变化时，自感电动势对电流有阻碍作用，随时间延续，其

19、阻碍作用逐渐变小。(2)流过某电路的电流具有方向性，规定了正方向后电流有正负之分，某电路两端的电压UAB同样有正负之分。对点练清1如图(a)所示，线圈ab、cd绕在同一软铁芯上。在ab线圈中通以变化的电流，用示波器测得线圈cd间电压如图(b)所示，已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比，则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中，可能正确的是()解析：选C根据题图(b)可知，cd两端在00.5 s内产生恒定的电压，根据法拉第电磁感应定律，穿过线圈的磁通量均匀变化，即eq f(i,t)恒定不变，故选项C正确，A、B、D错误。2.多选如图所示的电路中，L为一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈，

20、D1、D2是两个完全相同的电灯，E是内阻不计的电源。t0时刻，闭合开关S。I1、I2分别表示通过电灯D1和D2中的电流，规定图中箭头所示方向为电流正方向，以下各图中能定性描述电流I随时间t变化关系的是()解析：选AC电路中电灯D1与线圈并联后再与电灯D2串联，闭合开关瞬间，线圈支路相当于断路，这时电灯D1、D2串联，电流大小相同，方向为正方向，随后线圈L中电流逐渐变大，电灯D1中电流逐渐变小，电路的总阻值在变小，总电流变大，电灯D2中电流变大，最终稳定时，因线圈的直流电阻不计，则电灯D1被线圈短路，电灯D1中无电流，这时电灯D2中电流最大。断开开关时电灯D2中电流立刻变为0，这时线圈相当于电源，线圈与电灯D1组成闭合回路，有电流流过电灯D1，方向为负方向且由最大值渐渐变小。故A、C正确。3.如图所示电路中，L是绕在铁芯上的线圈，它与电阻R、开关K1和电池E可构成闭合回路，线圈上的箭头表示线圈中电流的正方向。初始时，开关K1和K2都处于断开状态。设在t0时刻，接通开关K1，经过一段时间，在tt1时刻，再接通开关K2，则选项图中能正确表示线圈中的电流I随时间t变化的图线是()解析：选A在t0时刻，接通开关K1，通过线圈的电流从无到有，因自感电动势的产生，电流逐渐增大直