2.4 自感和互感-2023-2024学年高二物理举一反三系列（人教版2019选择性必修第二册）

2.4自感和互感原卷版 【自感和互感知识梳理】 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，这种感应电动势叫作互感电动势。 2. 互感的应用：利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈，因此互感在电工技术和电子技术中有广泛的应用。变压器就是利用互感现象制成的。 3. 互感的危害：互感现象可以发生于任何两个相互靠近的电路之间。在电力工程中和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作。 导师点睛    互感现象是一种常见的电磁感应现象，遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律。法拉第心系“磁生电”，发现电磁感应现象的实验实质就是互感。 二、自感现象、自感系数 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 自感电动势 定义 由于自感而产生的感应电动势 大小 正比于电流的变化率 公式 方向判断 遵循楞次定律 自感系数 物理意义 表示线圈产生自感电动势本领的大小 大小的 决定因素 与线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯等因素有关 单位 国际单位制单位是亨利，简称亨，符号是H。 常用的还有毫亨(mH)和微亨(μH)，1 H=103 mH=106 μH (1)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化。 (2)通过线圈的电流不能发生突变，只能缓慢变化。 (3)电流稳定时，自感线圈就相当于普通导体。 (4)线圈的自感系数越大，自感现象越明显，自感电动势只是延缓了过程的进行，但它不能使过程停止，更不能使过程反向。 三、磁场的能量 自感现象中 磁场的能量 (1)线圈中电流从无到有时，磁场从无到有，这可以看作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 电的“惯性” 自感电动势阻碍线圈中的电流的变化 四、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灯同规格，R=，L1的自感系数较大 L2的自感系数很大 自感现象 在S闭合瞬间，A2灯立即亮起来，A1灯逐渐变亮，最终两灯一样亮 先闭合开关，使灯泡发光，然后断开开关。在开关S断开时，A灯不会立即熄灭 产生原因 开关闭合时，流过线圈L1的电流迅速增大，线圈L1中产生自感电动势，阻碍电流的增大，流过A1灯的电流比流过A2灯的电流增大得慢，又R=，最终流过两灯的电流一样大 断开开关S时，流过线圈L2的电流迅速减小，线圈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灯(与原来A灯的电流方向相反)，A灯不会立 即熄灭。若<RA，原来的电流>IA，则A灯熄灭前要闪亮一下；若≥RA，原来的电流≤IA，则A灯逐渐熄灭 等效理解 电感线圈的作用相当于一个阻 值无穷大的电阻在短时间内减 小为电感线圈的直流电阻 电感线圈的作用相当于一个瞬时电源(电源电动势在短时间内减小为零) 能量转化 电能转化为磁场能 磁场能转化为电能 1. 对通电自感和断电自感的三点理解 (1)通电时线圈产生的自感电动势阻碍电流的增加，且与原电流方向相反。 (2)断电时线圈产生的自感电动势与原来线圈中的电流方向相同，且在与线圈串联的回路中，线圈相当于电源，它提供的电流大小从原来的值逐渐变小，不发生突变。 (3)自感电动势只是延缓了电流的变化，但它不能阻止原电流的变化，更不能使原电流反向。 2. 自感现象的三种状态 (1)线圈通电瞬间可把线圈看成断路； (2)断电时自感线圈相当于电源； (3)电流稳定时，自感线圈相当于导体，理想线圈电阻为零，相当于短路。 【自感和互感举一反三练习】 1．在空间站进行实验可以克服来自地球磁场及电场的干扰，使得物理现象更为准确和明显。为了研究电感现象，宇航员在空间站进行如图所示的研究。在图中，为自感系数较大的电感线圈，且电阻不计，、为两个完全相同的灯泡，且它们的额定电压均等于电源的电动势。则（    ） A．断开以后，熄灭，重新亮后再熄灭 B．断开以后，变得更亮，缓慢熄灭 C．合上的瞬间，先亮，后亮 D．合上的瞬间，先亮，后亮 2．如图所示，L是自感系数很大、电阻可忽略不计的自感线圈，A、B是两个完全相同的灯泡，它们的额定电压和电源电动势相等，电源内阻可忽略。下列说法正确的是（　　）    A．闭合开关S时，A、B灯同时亮且都正常发光 B．闭合开关S，待电路稳定时，A灯比B灯亮 C．闭合开关S，待电路稳定时，B灯比A灯亮 D．断开开关S时，A、B两灯同时缓慢熄灭 3．自感线圈广泛应用在无线电技术中，是交流电路或无线电设备中的基本元件。 如图所示，