第2章 4 互感和自感-【精讲精练】2023-2024学年高中物理选择性必修第二册人教版（教师用书）

4　互感和自感 [学业要求] 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，并能对含线圈的电路进行分析。 3．了解自感电动势的表达式E＝L，知道自感系数的决定因素。 4．知道磁场具有能量。 一、互感现象 1．互感：两个相互靠近的线圈，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，这种现象叫作互感。 2．应用：利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈，如变压器就是利用__互感现象__制成的。 3．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。 二、自感现象 阅读教材，并回答： 1. 如图所示，一线圈与电源、电键构成闭合电路，当电键闭合时，线圈的电流从无到有。试分析，在线圈中会不会产生感应电动势、感应电流？为什么？如果产生，试判定线圈感应电流的方向？ 答：会，磁通量发生变化，与原电流方向相反 2．教材图2.4­1演示实验现象：开关闭合瞬间，A2立刻就正常发光了，但A1却是逐渐变亮，延迟了一会儿才正常发光的，这是为什么呢？试画出线圈L中感应电流的磁场磁感线。 答：如图所示，感应电流与原电流反向→阻碍A1中的电流只能缓慢增大，所以A1灯泡在缓慢变亮。 3．教材图2.4­3演示实验现象：断开开关S的一瞬间，灯泡A先闪亮一下再熄灭。这是为什么呢？ 答：在断开开关的瞬间，灯泡A中电流IA立即消失，而电感中的电流IL由于自感电动势的存在不会立即消失，同时由于开关断开了，电感和小灯泡构成了新的回路，所以小灯泡内的电流方向变为从右到左，大小也从IA突变成了IL。 [概念·规律] 1．定义：当一个线圈中的电流__变化__时，它产生的__变化__的磁场在线圈__本身__激发出感应电动势，这种现象称为自感。 2．自感电动势：由__自感__而产生的感应电动势。 3．自感电动势对电流的作用：电流增加时，自感电动势阻碍__电流的增加__，电流减小时，自感电动势阻碍__电流的减小__。 4．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__逐渐变亮__ __阻碍__电流的增加 断电自感 断开开关的瞬间，灯泡A__逐渐熄灭__ __阻碍__电流的减小 三、自感系数 1．自感电动势的大小：E＝__L__，式中L是比例系数，叫作自感系数，简称自感或电感。 2．决定因素：线圈的大小、形状、__匝数__以及是否有铁芯等。 3．单位：亨利，简称__亨__，符号是__H__。常用单位还有毫亨(mH)、微亨(μH)。1 H＝__103__ mH＝__106__ μH。 四、磁场的能量 1．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。 2．电的“惯性”：自感电动势有阻碍线圈中__电流变化__的“惯性”。 探究点一　对互感现象的理解 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。 3．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，这时要求设法减小电路间的互感。 　 (多选)一种延时装置的原理图如图所示，当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通，当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放。则(　　) A．由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用 B．由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用 C．如果断开B线圈的开关S2，无延时作用 D．如果断开B线圈的开关S2，延时将变化 [解析]　线圈A中的磁场随开关S1的闭合而产生，随S1的断开而消失。当S1闭合时，线圈A中的磁场穿过线圈B，当S2闭合，S1断开时，线圈A在线圈B中的磁场变弱，线圈B中有感应电流，B中电流的磁场继续吸引D而起到延时的作用，所以选项B正确，A错误；若S2断开，线圈B中不 产生感应电流而起不到延时作用，所以选项C正确，D错误。 [答案]　BC ●核心素养·思维升华 　　互感电动势的大小和方向 (1)互感电动势的大小：E＝N； (2)互感电动势的方向：由楞次定律判断。 1．在同一铁芯上绕着两个线圈，单刀双掷开关原来接在点“1”，现把它从“1”扳向“2”，如图所示，试判断在此过程中，在电阻R上的电流方向是(　　) A．先由P→Q，再由Q→P B．先由Q→P，再由P→Q C．始终由Q→P D．始终由P→Q 解析　S从“1”扳开瞬间，B中磁通量减小，由楞次定律得