第4节　互感和自感 教学课件

物理第二章电磁感应第4节互感和自感[学习目标]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。01必备知识素养奠基02关键能力素养形成03分层演练素养达标知识点1互感现象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。这种现象叫作_______，这种感应电动势叫作______________。互感互感电动势2．互感的应用：利用互感现象可以把_______由一个线圈传递到另一个线圈，如变压器就是利用______________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。能量互感现象知识点2自感现象1．自感：当一个线圈中的电流发生_______时，它产生的_______的磁场在它本身激发出感应电动势的电磁感应现象。这个电动势叫作自感电动势。变化变化2．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接通电源的瞬间，灯泡A1逐渐地亮起来阻碍电流的增大断电自感断开开关的瞬间，灯泡A逐渐变暗或闪亮一下再逐渐变暗，直至熄灭阻碍电流的减小[判一判]1．(1)互感现象只能发生于绕在同一铁芯的两个线圈之间，而不可能产生于相互靠近的电路之间。(

)(2)自感现象中感应电流的方向一定与引起自感的原电流的方向相反。(

)(3)互感现象和自感现象均属于电磁感应现象。(

)××√2．自感系数(1)单位：_______，符号是H。(2)决定自感系数大小的因素：线圈的_______、_______、_______以及______________等。自感自感系数亨利圈数大小形状有无铁芯知识点4磁场的能量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_______，储存在_______中。2．线圈中电流减小时：_______中的能量释放出来转化为电能。磁场磁场磁场[判一判]2．(1)线圈的自感系数大，其电阻不一定大。(

)(2)在断开电路时，与线圈并联的灯泡会亮一下后再逐渐熄灭，说明能量不再守恒了。(

)(3)自感系数越大，自感电动势不一定越大。(

)√×√1．(对互感现象的理解)在无线电仪器中，常需要在距离较近的地方安装两个线圈，并要求一个线圈中有电流变化时，对另一个线圈中的电流影响尽量小，则下图中两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是(

)√解析：某一个线圈的磁场通过另一个线圈的磁通量的变化率越小，影响则越小，欲使两线圈由于互感的影响尽量小，应放置成D的情形，这样其中一个线圈的磁场通过另一个线圈的磁通量的变化应为0，故D正确。2．(对自感现象的理解)(多选)如图所示的电路中，A1和A2是完全相同的灯泡，线圈L的电阻可以忽略。下列说法正确的是(

)

A．合上开关S接通电路时，A2先亮，A1后亮，最后一样亮B．合上开关S接通电路时，A1和A2始终一样亮C．断开开关S切断电路时，A2立刻熄灭，A1过一会儿才熄灭D．断开开关S切断电路时，A1和A2都要过一会儿才熄灭√√解析：由于自感现象，合上开关时，A1中的电流缓慢增大到某一个值，故过一会儿才亮；断开开关时，线圈产生感应电动势，相当于新电源，A1中的电流缓慢减小到0，A1、A2串联，其电流始终相等，故两灯都是过一会儿才熄灭，故A、D正确。3．(自感系数)关于线圈的自感系数，下面说法正确的是(

)A．线圈的自感系数越大，自感电动势就一定越大B．线圈中电流等于0时，自感系数也等于0C．线圈中电流变化越快，自感系数越大D．线圈的自感系数由线圈本身的性质及有无铁芯决定解析：自感系数是由线圈的大小、形状、匝数、有无铁芯等因素决定的，故B、C错误，D正确；自感电动势不仅与自感系数有关，还与电流变化快慢有关，故A错误。√4.(自感现象中的图像问题)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t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t＝t1时刻断开S。下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像，正确的是(

)√探究一对互感现象的理解【问题导引】在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，当一个线圈中的电流变化时，另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？

提示：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。1．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。【例1】(多选)目前无线电力传输已经比较成熟，一种非接触式电源供应系统如图甲所示。这种系统基于电磁感应原理可无线传输电力，两个感应线圈可以放置在左右相邻或上下相对的位置，原理示意图如图乙所示。利用这一原理，可以实现对手机进行无线充电。下列说法正确的是(

)A．若A线圈中输入电流，B线圈中就会产生感应电动势B．只有A线圈中输入变化的电流，B线圈中才会产生感应电动势C．A中电流越大，B中感应电动势越大D．A中电流变化越快，B中感应电动势越大√√[针对训练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，下列说法正确的是(

)

A．t1时刻，两环作用力最大B．t2和t3时刻，两环相互吸引C．t2时刻两环相互吸引，t3时刻两环相互排斥D．t3和t4时刻，两环相互吸引√解析：t1时刻B环中感应电流为0，故两环作用力为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0，两环无相互作用，D错误。探究二对自感现象的理解【问题导引】1．如图所示，先闭合S，调节R2使A1、A2的亮度相同，再调节R1，使A1、A2都正常发光，然后断开S。再次闭合S，观察到什么现象？为什么有这样的现象？2．如图所示，L为自感系数较大的线圈，其直流电阻比灯泡的电阻小，先闭合开关使灯泡发光，然后断开开关。观察到什么现象？为什么有这样的现象？提示：1.现象：灯泡A2立即发光，灯泡A1逐渐亮起来。原因：电路接通时，电流由0开始增加，穿过线圈L的磁通量逐渐增加，为了阻碍磁通量的增加，感应电流产生的磁通量与原来电流产生的磁通量方向相反，则线圈中感应电动势的方向与原来的电流方向相反，阻碍了L中电流的增加，即推迟了电流达到稳定值的时间。2．现象：灯泡A闪亮一下再熄灭。原因：灯泡断电后自感线圈中产生的感应电流比开关断开前流过灯泡的电流大。要想使灯泡闪亮一下再熄灭，就必须使自感线圈的电阻小于与之并联的灯泡的电阻。而当线圈电阻大于或等于灯泡的电阻时，灯泡就会缓慢变暗直至熄灭。1．自感系数自感系数是表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量，由线圈本身性质决定，面积变大、匝数变多、增加铁芯，都会使自感系数变大。2．自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，电源把能量输送给磁场，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。3．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)阻碍结果分析：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。4．串并联电路中灯泡亮度的变化

与线圈串联的灯泡与线圈并联的灯泡电路图通电时电流逐渐增大，灯泡逐渐变亮电流I1快速增大，然后逐渐减小达到稳定

与线圈串联的灯泡与线圈并联的灯泡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I1、I2①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗②若I2＞I1，灯泡闪亮一下后逐渐变暗两种情况下灯泡中电流的方向均改变【例2】如图所示的电路中A1和A2是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其阻值与R相同。在开关S闭合和断开时，灯泡A1和A2亮暗的顺序是(

)A．闭合时A1先达最亮，断开时A1后灭B．闭合时A2先达最亮，断开时A1后灭C．闭合时A1先达最亮，断开时A1先灭D．闭合时A2先达最亮，断开时A2先灭√[解析]当开关S闭合时，A1和A2同时亮，但由于自感现象的存在，流过线圈的电流由0变大时，电流从0开始慢慢增加，所以开始时电流几乎全部从A1通过，而该电流又将同时分路通过A2和R，所以A1先达最亮，经过一段时间电路稳定后，A1和A2达到一样亮；当开关S断开时，电源电流立即为0，因此A2立即熄灭，而A1，由于通过线圈的电流突然减小，线圈中产生自感电动势阻碍电流的减小，使线圈L和A1组成的闭合电路中有感应电流，所以A1后灭。【例3】如图所示，P、Q是两个完全相同的灯泡，L是直流电阻为零的纯电感，且自感系数L很大，C是电容较大且不漏电的电容器，下列判断正确的是(

)A．S闭合时，P、Q两灯都是先亮后逐渐熄灭B．S闭合时，P灯、Q灯同时亮，然后P灯变暗，Q灯变得更亮C．S闭合，电路稳定后，S断开时，P灯突然亮一下，然后熄灭，Q灯立即熄灭D．S闭合，电路稳定后，S断开时，P灯突然亮一下，然后熄灭，Q灯逐渐熄灭√[解析]当S闭合瞬间，通过自感线圈的电流几乎为零，故通过P、Q的电流几乎相同，故两灯同时亮，当电流稳定时，P灯被短路而熄灭，此时通过Q灯的电流变大，故Q灯变亮，故A、B错误；S闭合，电路稳定后，S断开时，P灯与自感线圈L组成了闭合回路，P灯中的电流先增大后减小至零，故突然亮一下，然后熄灭，电容器与Q灯组成闭合回路，电容器放电，故Q灯逐渐熄灭，故C错误，D正确。√解析：开关S由断开到闭合，回路中的电流要增大，因而在L上要产生自感电动势，根据楞次定律，自感电动势总是要阻碍引起它的电流的变化，这就是说由于电流增加引起的自感电动势要阻碍原电流的增加，但阻碍不是阻止，电流仍要增大，而达到稳定后其电流为2I0，D正确。探究三自感现象中的图像问题

【例4】(2022·北京东城期末)某同学想对比电感线圈和小灯泡对电路的影响，他设计了如图甲所示的电路，电路两端电压U恒定，A1、A2为完全相同的电流传感器。先闭合开关K得到如图乙所示的i－t图像，等电路稳定后，断开开关(断开开关的实验数据未画出)。下列关于该实验的说法正确的是(

)A．闭合开关时，自感线圈中电流为零，其自感电动势也为零B．乙图中的a曲线表示电流传感器A2测得的数据C．断开开关时，小灯泡会明显闪亮后逐渐熄灭D．t1时刻小灯泡与线圈的电阻相等√[解析]

闭合开关时，自感线圈中电流为零，其线圈自感电动势等于电源电动势，故A错误；A2中电流等于自感线圈中电流，自感线圈中电流从零开始逐渐增大，最后趋于稳定，故A2中数据应为题图乙中b曲线，故B错误；断开开关前，两支路中电流相等，刚断开开关时，通电线圈的电流不变，故灯泡不会发生明显闪亮，而是逐渐熄灭，故C错误；t1时刻，两支路中电压相等，电流相等，则电阻相等，即小灯泡与线圈的电阻相等，故D正确。[针对训练3]在如图所示的电路中，开关S是闭合的，此时流过线圈