第二章 第4节 互感和自感-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第二册同步核心辅导与测评（人教版）

第4节　互感和自感 [学习目标要求]　1.知道互感现象和自感现象。2.观察通电自感和断电自感实验现象，了解自感现象中自感电动势的作用。3.理解自感系数和自感系数大小的决定因素。4.能举例说明自感现象在生产、生活中的应用。 　互感现象 1．互感和互感电动势：两个相互靠近且没有导线相连的线圈，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，这种感应电动势叫作互感电动势。 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。 [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，有的互感现象可以利用。(√) (3)只有闭合的回路才能产生互感。(×) 　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，这种现象称为自感。由于自感而产生的感应电动势叫作自感电动势。 [想一想] 行驶在大街上的无轨电动车拖着两条长长的“辫子”——电弓。当道路不平车身颠簸时，“辫子”瞬间脱离电网线，在“辫子”与电网线之间就会闪现电火花，同时发出“啪、啪”的响声，“辫子”与电网线之间为什么会闪现电火花？ 提示：电弓脱离电网线的瞬间电流减小，由于自感现象，产生的自感电动势很大，使电弓与电网线之间的空气被电离，从而产生电火花。 　自感系数 1．自感电动势：E＝L，其中是电流的变化率；L是自感系数，简称自感或电感。单位：亨利，符号：H。 2．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。 [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)线圈自感电动势的大小与自感系数L有关，反过来，L与自感电动势也有关。(×) 　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，电源的能量输送给磁场，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”。 [判一判] (1)没有发生自感现象时，即使有磁场也不会储存能量。(×) (2)磁场能应分布在磁场中。(√) (3)磁场能与电能可以相互转化。(√) 学习任务一　互感现象 [导学探究] 这是两个大小不同的线圈A和B，两个线圈A、B之间并没有导线相连，小线圈可以套入大线圈。现在让小线圈A与手机的音频输出端连接，大线圈B与扩音器的输入端连接，如图所示。实验时，先打开手机的音乐，再把A线圈插入B线圈，两组线圈之间没有导线直接连接，却能在扩音器上听到手机播放的音乐。 (1)什么是音频信号？ (2)为什么能在扩音器上听见由手机输出的音乐？ 提示：(1)手机输出的音频信号，是一种电流信号，它的强度和频率都在变化。可以认为是一种变化的电流。 (2)当音频信号流经A线圈时，A线圈中就产生了变化的磁场，变化的磁场使B线圈的磁通量发生变化，从而在B线圈中产生感应电流，这个电流让扩音器发出音乐。 [思维深化] 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．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)目前无线电力传输已经比较成熟，如图所示为一种非接触式电源供应系统。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．只要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 解析：BD　根据感应电流产生的条件，若A线圈中输入恒定的电流，则A产生恒定的磁场，B中的磁通量不发生变化，B线圈中不会产生感应电动势，故A错误；若A线圈中输入变化的电流，根据法拉第电磁感应定律E＝n可知，B线圈中会产生感应电动势，A线圈中电流变化越快，A线圈中电流产生的磁场变化越快，B线圈中感应电动势越大，故B、D正确，C错误。 [针对训练] 1．如图所示，图甲为无线充电原理的示意图，电磁感应式无线充电的原理与变压器类似，通过分别安装在充电板的励磁线圈和手机内的感应线圈，利用产生的磁场传递能量。当励磁线圈 ab 端通入如图乙的正弦式交变电流后，就会在感应线圈中感应出电流，最终实现为手机电池充电。在充电过程中(　　) 　甲