2.4互感和自感（解析版）

第4节互感和自感【知识梳理】一、自感现象.自感现象：一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场在它本身激发出感应电动势的现象，产生的电动势叫作自感电动势。.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TLA(1接通电源的瞬间，灯泡Ai较慢地亮起来阻碍电流的增加断电自感Ar0—断开开关的瞬间，灯泡A逐渐变暗。有时灯泡A会闪亮一下，然后逐渐变暗阻碍电流的减小.自感系数:（1）自感电动势的大小：E=号，其中L是线圈的自感系数，简称自感或电感。（2）单位：亨利，符号：Ho常用的还有亳亨（mH）和微亨（阳）。换算关系是：1H=1O、］H=1O*H。（3）决定线圈自感系数大小的因素：线圈的大小、形状、圈数以及是否有铁芯等。二、自感现象中的能量转化.日感现象中的磁场能量：（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。C.图乙中，因为要观察两只灯泡发光的亮度变化，两个支路的总电阻相同，因两个灯泡电阻相同，所以变阻器R与L2的电阻值相同，选项C正确；D.图乙中，闭合S2瞬间，L2对电流有阻碍作用，所以L2中电流与变阻器R中电流不相等，选项D错误。故选BCa（2）线圈中电流减小时，磁场中的能鼠释放出来转化为电能。.电的“惯性”：自感电动势有阻碍线圈中电流变化的“惯性【方法突破】对自感现象的理解■方法归纳.自感现象的产生：当线圈中的电流变化时，产生的磁场及穿过自身的磁通量随之变化，依据楞次定律，会在自身产生感应电动势，叫自感电动势。.规律：自感现象也是电磁感应现象，也符合楞次定律，可•表述为自感电动势总要阻碍引起自感的原电流的变化。①当原电流增加时，自感电动势阻碍原电流的增加，方向与原电流方向相反。②当原电流减小时，自感电动势阻碍原电流的减小，方向与原电流方向相同。③自感电动势总要阻碍引起自感的原电流的变化，但阻止不住，只是变化得慢了。.通电自感和断电日感提醒：通电时，线圈相当于断路；断电时，线圈相当于电源。与线圈串联的灯泡与线圈并联的灯泡电路图—-r~~0il通电时电流逐渐增大，灯泡逐渐变亮电流II突然变大，然后逐渐减小达到稳定断电时电流逐渐减小，灯泡逐渐变暗，电流方向不变电路中稳定电流为L、L①若kWh,灯泡逐渐变暗②若12>1.,灯泡闪亮一下后逐渐变暗，两种情况灯泡电流方向均改变【例】如图所示，L是直流电阻不计的带铁芯线圈，A、B是完全相同的小灯泡。下列说法正确的是（A.闭合S瞬间，A灯比B灯先亮B.闭合S瞬间，A灯立即亮，B灯逐渐变亮C.断开S瞬间，通过B灯的电流方向从左向右D.断开S瞬间，A灯立即熄灭，B灯闪亮后熄灭【答案】D【详解】AB.刚闭合S时，电源的电压同时加到两灯上，A、B同时亮，随着L中电流增大，分流作用增大，由于线圈L直流电阻可忽略不计，B逐渐被短路直到熄灭，外电路总电阻减小，总电流增大，A灯更亮，故AB错误；CD.灯泡B与线圈L构成闭合回路，所以稳定后再断开开关S后，灯泡B变亮再逐渐熄灭，通过B灯的电流方向从右向左，而灯泡A立即熄灭，故C错误，D正确；故选D。【针对训练】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，4和Az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Ai示数小卜Az示数B.闭合S瞬间，电流表4示数大于A2示数C.断开S瞬间，电流表Ai示数小于Az示数D.断开S瞬间，电流表Ai示数大于A2示数【答案】A【详解】AB.闭合S瞬间，由于线圈的电流变大，导致其产生电动势，从而阻碍电流的变大，所以电流表4示数小于Az示数，故A正确，B错误；CD.断开S瞬间，线圈电流变小，从而产生电动势，相当于电源与电阻相串联，由于两电流表串联，所以电流表A1示数等于A2示数，故CD错误。故选A。【对点检测】一、随堂检测1.无线充电是近年发展起来的新技术。如图所示，该技术通过交变磁场在发射线圈和接收线圈间传输能量。内置接收线圈的可以直接放在无线充电基座上进行充电，下列关于无线充电的说法正确的是（）A.在充电过程中没有电能损失B.无线充电基座可以用直流电源供电C.无线充电过程主要利用了电磁感应原理D.无线充电基座可以对所有进行无线充电【答案】C【详解】A.在充电过程中线圈会产生焦耳热，会有电能损失，故A错误；B.无线充电基座产生的是交变磁场，所以必须用交流电源供电，故B错误；C.发射线圈产生的交变磁场使接收线圈中的磁通量发生变化，从而产生感应电动势，所以无线充电过程主要利用了电磁感应原理，故C正确；D.无线充电基座只能对配备接收线圈的进行无线充电，故D错误。故选C。2.如图所示，Li和L2是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其电阻与R相同，由于存在自感现象，在开关S接通和断开时，Li、L2先后亮暗的顺序是（）A.接通时，1_2先达最亮；断开时，L2先暗B.接通时，L1先达最亮；断开时，LI后暗C.接通时，L2先达最亮；断开时，L2后暗D.接通时，Li先达最痉；断开时，L］先暗【答案】B【详解】开关S接通瞬间，电路中迅速建立了电场，立即产生电流，但线圈中产生自感电动势，阻碍电流的增加，故开始时通过灯泡Li的电流较大，故灯泡L1先达最亮；电路中自感电动势阻碍电流的增加，但不能阻止电流增加；由于L是•个自感系数相当大的线圈，其电阻与R相同，所以电流稳定后，两个灯泡一样亮，即L】灯泡亮度逐渐正常，电键断开瞬间，电路中电流要立即减小零，但线圈中会产生很强的自感电动势，与灯泡Li构成闭合回路放电，故断开时Li后暗。故选Be.如图所示是测定自感系数很大的线圈L直流电阻的电路，L两端并联一只电压表，用来测量自感线圈的直流电压，在测量完毕后，将电路解体时应（）A.先拆除电流表B.先断开SiC.先拆除哪个器件都可以D.先断开S2【答案】D【详解】若先断开开关S】或先拆去电流表，由于L的自感作用都会使L和电压表组成|可路，原先L中有较大的电流通过，现在这个电流将通过电压表，造成电表损坏，所以实验完毕应先断开开关S2,ABC错误，D正确。故选D.,.如图所示的电路（。）、（b）中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小。接通开关S,使电路达到稳定，灯泡A发光，则（）A.在电路（a）中，断开S,A立即熄灭B.在电路（〃）中，断开S,人将在原亮度基础上渐渐变暗C.在电路（b）中，断开S,A立即熄灭D.在电路（力）中，断开S,4将在原亮度基础上渐渐变暗【答案】B【详解】AB.在电路a中，断开S,L、A串联，由于线圈阻碍电流变小，L相当于电源，导致A将在原亮度基础上渐渐变暗，故A错误，B正确；CD.在电路〃中，由于电阻R和自感线圈L的甩阻值都很小，所以通过灯泡的电流比线圈的电流小，断开S时，由于线圈阻碍电流变小，导致A将变得更亮，然后逐渐熄灭，故CD错误。故选B.二、课后检测.关于自感现象，下列说法中正确的是（）A.对于同一线圈，当电流变化较快时•，线圈中的自感系数也较大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.感应电流不一定和原电流方向相反D.对于同一线圈，电流变化越快，线圈中的自感电动势越大【答案】CD【详解】AB.自感系数是由线圈本身的特性决定的，与自感电动势的大小、电流变化快慢无关，故AB错误；C.根据楞次定律，当原电流增大时，感应电流与原电流方向相反；当原电流减小时，感应电流与原电流方向相同，故C正确；D.根据法拉第电磁感应定律可知，当电流变化越快时，磁通量变化越快，自感系数不变，自感电动势越大，故D正确。故选CD。.如图所示为无线充电原理图，由与充电基座相连的送电线圈和与电池相连的受电线圈构成。当送电线圈通入周期性变化的电流时，就会在受电线圈中感应出电流，从而实现为充电。在充电过程中（）A.送电线圈中产生均匀变化的磁场B.送电线圈中产生周期性变化的磁场C.送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递D.电池是直流电源，所以受电线圈输出的是恒定电流【答案】BC【详解】AB.送电线圈通入周期性变化的电流，则送电线圈中产生周期性变化的磁场，故B正确，A错误；C.无线充电是利用电磁感应原理，所以送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递，故C正确；D.周期性变化的磁场会产生周期性变化的电流，输出的不是恒定电流，故D错误。故选BC。.如图所示电路中，N、A?为两个完全相同的灯泡，L为直流电阻不计的自感线圈，D为发光二极管，R为定值电阻，E为电源，S为开关。发光二极管D具有单方向导电性能，只有电流从标记有“+”号的一端流入时，它才导电发光。则OA.闭合S瞬间，A1立即变亮，A?逐渐变亮.闭合S瞬间，A1逐渐变亮，A?立即变亮C.断开S瞬间，A?突然闪亮，随后逐渐熄灭D.断开S瞬间，D突然闪亮，随后逐渐熄灭【答案】BC【详解】AB.开关S闭合瞬间，Az、D立即变亮，Ai的电路中由于线圈对电流的阻碍作用，会逐渐亮，A错误，B正确；CD.开关S从闭合状态突然断开时，向左流过线圈力的电流突然减少，根据楞次定律，可知线圈产生向左的自感电流，以阻碍原电流的减少，故电流是从二极管D的负极流入，故二极管D没有亮，即二极管D立即熄灭；此时Ai只与A2形成回路，因稳定时通过Ai的电流大于A2的电流，故断开后瞬间A2会突然闪亮一下，随后逐渐熄灭，C正确，D错误。故选BC。.如图所示，闭合电路中的螺线管可自由伸缩，螺线管有一定的长度，这时灯泡具有一定的亮度，若将一软铁棒从螺线管左边迅速插入螺线管内，则将看到（）A.灯泡变暗B.灯泡变亮C.螺线管缩短D.螺线管伸长【答案】AD【详解】将一软铁棒从螺线管左边迅速插入螺线管内时，则使穿过螺旋管的磁通量增加，故产生反向的自感电动势，所以导致线圈中的电流减小，灯泡变暗，由于每匝线圈间的同向电流减小，故相互吸引力减小，从而螺线管伸长，故选AD。【提升训练】.如图所示，用电流传感器研究自感现象.电源内阻不可忽略，线圈的自感系数较大，其直流电阻小于电阻R的阻值」=0时刻闭合开关S,电路稳定后，〃时刻断开S,电流传感器连接计算机分别描绘了整个过程线圈中的电流〃和电阻中的电流/R随时间，变化的图象.下列图象中可能正确的是（）【答案】AD【详解】AB.L为一个自感系数很大、直流电阻小于电阻R的阻值的线圈，电感阻碍电流变化，当电键闭合后，电感的阻碍逐渐减小，即流过电感的电流增大，所以曾大，最后稳定时电感相当于电阻，人为恒定，当电键断开后，电感阻碍自身电流变化，产生的感应电流仍沿着原来方向，不过大小在减小，B错误A正确；CD.当电键闭合时，电感阻碍电流变化，L为一个自感系数很大、有直流电阻的线圈，导致通过电阻的电流刚开始较大，当电感的阻碍逐渐减小，即流过电感的电流增大，所以。减小，最后稳定，由于自感线圈L直流电阻值小于灯泡R的阻值，通过线圈L的电流大于通过灯泡R的电流，当断开电键，原来通过R的电流立即消失，电感阻碍自身电流变化，产生的感应电流流过电阻，其方向与规定图示流过电阻的方向相反，减小最后为0,C错误D正确。故选AD。.如图所示，线圈M和线圈P绕在同一铁芯上，则（）A.当合上开关S的瞬间，线圈尸中没有感应电流B.当合上开关S的瞬间，线圈。中有感应电流C.当断开开关S的瞬间，线圈。中没有感应电流D.当断开开关S的瞬间，线圈P中有感应电流【答案】BD【详解】闭合开关S的瞬间，线圈M中有电流通过，电流产生磁场，穿过线圈P的磁通量增大，线圈P中产生感应电流；断开开关S的瞬间，线圈M中电流消失，电流产生的磁场消失，穿过线圈P的磁通量减小，线圈P中产生感应电流。故选BD“11.如图所示，灯泡A、B与定值电阻的阻值均为此L是自感系数较大的线圈，Si闭合稳定后，当S2断开且电路稳定时，A、B两灯亮度相同，再闭合S2,待电路稳定后将Si断开，下列说法正确的是（）B灯立即熄灭A灯亮一下后熄灭C.有电流通过B灯，方向为D.有电流通过A灯'，方向为〃玲a【答案】AD【详解】AC.由于定值电阻R没有自感作用，故断开Si时，B灯立即熄灭，A正确，C错误；BD.Si闭合、S2断开旦电路稳定时，A、B两灯一样亮，说明两个支路中的电流相等，这时线圈L没有自感作用，可知线圈L的直流电阻也为R,在Sz、Si都闭合且稳定时，1a=1b,S2闭合，待电路稳定后将Si断开，由于线圈的自感作用，流过A灯的电流方向变为。玲a,A灯缓慢熄灭，B错误，D正确。故选AD。12.图甲和图乙是教材中演示自感现象