2.4 互感和自感-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修 第二册 （粤教版2019）

第四节　互感和自感

[学习目标]　1.了解互感现象及其应用(重点)。2.能够通过电磁感应的有关规律分析通电自感和断电自感现象(重点难点)。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(重点)。4.了解自感现象中的能量转化(重点)。

一、互感现象

1．互感和互感电动势：两个相互靠近但导线不相连的线圈A、B，当线圈A中的电流发生变化时，它产生的变化的磁场在线圈B中激发出了感应电动势。根据对称性思想，线圈B中感应电流的变化，同时也会在线圈A中产生相应的感应电动势，这种现象称为互感，所产生的感应电动势称为互感电动势。

2．应用：利用互感现象，可以将一个线圈中变化的信号传递到另外一个线圈，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。

例1　(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．若A线圈中有电流，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

答案　BD

解析　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线圈中就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可得，B线圈中会产生感应电动势，故B正确；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C错误，D正确。

二、自感现象

1．按照如图所示电路图连接电路。

(1)开关S接通时，灯泡1和2的发光情况有什么不同？

(2)根据楞次定律结合电路图分析该现象产生的原因。

答案　(1)灯泡2立即发光，而灯泡1是逐渐亮起来的。

(2)接通电源的瞬间，电流增加，线圈L中产生感应电动势。根据楞次定律，感应电动势会阻碍电流的增加，所以灯泡1慢慢地亮起来。

2．按照如图所示电路图连接电路。

(1)若灯泡的电阻小于线圈L的直流电阻，先闭合开关使灯泡发光，稳定后断开开关。观察开关断开时灯泡的亮度变化，并解释原因。若灯泡电阻大于线圈L的直流电阻，灯泡的亮度如何变化？

(2)开关断开前后，流过灯泡的电流方向相同吗？

答案　(1)灯泡逐渐熄灭。开关断开时，通过线圈L的电流减小，这时会出现感应电动势阻碍线圈L中的电流减小，线圈中产生与原方向相同的电流，与灯泡构成闭合回路，所以灯泡逐渐熄灭。若灯泡电阻大于线圈L的直流电阻，则灯泡先闪亮一下再逐渐熄灭。

(2)开关闭合时，灯泡中的电流方向向左，开关断开瞬间，灯泡中的电流方向向右，所以开关断开前后，流过灯泡的电流方向相反。

1．由于线圈本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象称为自感。在自感现象中产生的感应电动势，称为自感电动势。

2．对自感现象的理解

自感现象是一种电磁感应现象，遵守法拉第电磁感应定律和楞次定律。

3．对自感电动势的理解

(1)产生原因

通过线圈的电流发生变化，导致穿过线圈的磁通量发生变化，因而在线圈中产生感应电动势。

(2)自感电动势的方向

当原电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反；当原电流减小时，自感电动势的方向与原电流方向相同(即：增反减同)。

(3)自感电动势的作用

阻碍原电流的变化，而不是阻止，原电流仍在变化，只是使原电流的变化时间变长，即总是起着推迟电流变化的作用。

4．对线圈阻碍作用的理解

(1)若电路中的电流正在改变，线圈会产生自感电动势阻碍电路中电流的变化，使通过线圈的电流不能突变。

(2)若电路中的电流是稳定的，线圈相当于一段导线，其阻碍作用是由绕制线圈的导线的电阻引起的。

(3)线圈通电和断电时线圈中电流的变化规律如图。

例2　如图所示，电路中电源的内阻不能忽略，A、B为两个完全相同的灯泡，当S闭合时，下列说法正确的是(线圈L的直流电阻较小)(　　)

A．A比B先亮，然后A逐渐熄灭

B．B比A先亮，然后B逐渐变暗

C．A、B一起亮，然后A逐渐熄灭

D．A、B一起亮，然后B逐渐熄灭

答案　B

解析　S闭合时，线圈上产生自感电动势，阻碍电流的增大，所以B比A先亮，电路稳定后