16 第二章 第4节 互感和自感-【正禾一本通】2024-2025学年高中物理选择性必修2同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019）

第4节　互感和自感 课标解读 名词点击 1.了解互感和自感现象。了解自感系数由哪些因素决定。 2．理解互感和自感现象产生的机理，能解释有关现象。 3．能够分析通电自感和断电自感现象 互感(mutual induction) 自感(self­induction) 亨利(henry) 探究点一　互感现象 如图是法拉第实验线圈。在实验中，两个线圈并没有用导线连接，当线圈L1中有电流时，另一个线圈L2中是否会产生感应电流？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：不一定。当线圈L1中的电流为恒定电流时，它产生的磁场不变，则在另一个线圈L2中就不会产生感应电流。只有当线圈L1中的电流变化时，它产生变化的磁场，此时会在另一个线圈L2中产生感应电流。 (1)互感现象的定义：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的现象。产生的电动势叫作互感电动势。 (2)应用：互感现象可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈。变压器、收音机的“磁性天线”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正常工作。 【基点辨析】 1．判断下列说法的正误 (1)只有闭合的回路才能产生互感。(×) (2)两个线圈之间必须有导线相连，才能产生互感现象。(×) (3)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。(√) (4)互感现象的实质是电磁感应现象，同样遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律。(√) 2．一小型变压器如图所示，它主要由铁芯与两个线圈构成，其中两线圈并不连接。它们是怎样完成能量传递的？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：通过互感，能量从一个线圈传递到另一个线圈。 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．互感现象有时会影响电路的正常工作，这时需要设法减小电路间的互感。 【典例1】 在同一铁芯上绕着两个线圈，单刀双掷开关原来接在1处，现把它从1扳到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．由Q→P D．由P→Q 解析：选C。开关由1扳到2，线圈A中电流产生的磁场由右变为向左，即线圈B中磁场向右，先减小后反向增加，由楞次定律可得R中电流由Q→P，C正确。 【针对训练1】 (多选)关于互感现象，下列说法正确的是(　　) A．两个线圈之间必须有导线相连，才能产生互感现象 B．互感现象可以把能量从一个线圈传到另一个线圈 C．互感现象都是有益的 D．变压器是利用互感现象制成的 解析：选BD。两个线圈之间没有导线相连，也能产生互感现象，选项A错误；互感现象可以把能量从一个线圈传到另一个线圈，选项B正确；互感现象不一定都是有益的，有时会影响电路的正常工作，选项C错误；变压器是利用互感现象制成的，选项D正确。 探究点二　自感现象 如图所示，甲线圈中电流在增大，乙线圈中电流在减小。试根据楞次定律判定线圈产生的自感电动势的方向，并说明自感电动势在电路中起什么作用。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：题图甲中自感电动势方向与原电流方向相反，题图乙中自感电动势方向与原电流方向相同。自感电动势阻碍电流的变化。 1．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的现象。 2．自感电动势：由于自感而产生的感应电动势。 3．通电自感和断电自感的比较 项目 电路 现象 自感电动 势的作用 通电自感 闭合开关的瞬间，灯泡A1逐渐地亮起来 阻碍电流的增加 断电自感 断开开关的瞬间，灯泡A闪亮一下后逐渐变暗或灯泡A逐渐变暗，直至熄灭 阻碍电流的减小 【基点辨析】 1．判断下列说法的正误 (1)自感现象中，自感电动势的方向一定和原电流方向相反。(×) (2)断电自感中，灯泡消耗的电能来源于线圈的磁场。(√) (3)通电自感中，电源把电能输送给线圈，以磁场能形式贮存。(√) 2．如图所示，A1、A2 是规格完全一样的灯泡。闭合开关S，调节变阻器R和R1，使A1、A2亮度相同且正常发光，然后断开开关S。等待一会后重新闭合S，观察到什么现象？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：灯泡A2立刻正常发光，跟线圈L串联的灯泡A1逐渐亮起来。 1．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”)。 2．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。 3．对电感线圈阻碍作用的理解 (1)若电路中的电流正在改变，则电感线圈会产生自感电动势阻碍电路中电流的变化，使通过电感线圈的电流不能突变。 (2)若电路中的电流是稳定的，则电感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。电流最终都会趋于稳定，此时自感电动势为零。 【典例2】 (多选)如图甲、乙所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻都很小，且小于灯泡A的电阻，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则(　　) A．在电路甲中，断开S，A将渐渐变暗 B．在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗 C．在电路乙中，断开S，A将渐渐变暗 D．在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗 解析：选AD。在电路甲中，断开S，由于线圈产生自感电动势阻碍电流变小，导致回路中的电流逐渐减小，A将逐渐变暗，故A正确，B错误；在电路乙中，由于电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，所以通过灯泡的电流比线圈的电流小，断开S时，由于线圈阻碍电流变小，于是原来通过线圈的电流通过灯泡形成新的回路，由于通过灯泡A的电流比原来的大，导致A将变得更亮一下，然后逐渐变暗，故C错误，D正确。 [规律方法]自感中“闪亮”与“不闪亮”问题 项目 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 电流突然增大，灯泡立刻变亮，然后逐渐减小达到稳定 断电时 电流逐渐减小，灯泡逐渐变暗，灯泡中电流方向不变 ①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗； ②若I2＞I1，灯泡闪亮后逐渐变暗。两种情况灯泡中电流方向均改变 【针对训练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 解析：选B。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，电路稳定后线圈L的直流电阻较小，故流过B灯支路的电流变小，所以B灯逐渐变暗，故B正确。 探究点三　自感系数和磁场的能量 如图所示，断开正在工作的电动机开关时，会产生电火花，这是为什么？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：电动机中的线圈匝数极多，当电路开关断开时会产生很大的自感电动势，使得开关中的金属片之间产生电火花。 1．自感系数 (1)电动势的大小E＝L，其中L是自感系数，简称自感或电感。 (2)单位为亨利，符号为H。 1 mH＝10-3 H, 1 μH＝10-6 H。 (3)物理意义：表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量。 2．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”。 【基点辨析】 判断下列说法的正误 (1)线圈中产生的自感电动势较大时，其自感系数一定较大。(×) (2)对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感电动势较大。(√) (3)一个线圈中的电流均匀增大，自感电动势也均匀增大。(×) (4)线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定。(√) 1．公式E＝L中为电流的变化率，电流变化越快，电流变化率越大，自感电动势也越大。 2．自感系数大小的决定因素：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。 【典例3】 关于某一线圈的自感系数，下列说法正确的是(　　) A．线圈中电流变化越大，线圈的自感系数越大 B．线圈中的电流等于零时，自感系数也等于零 C．若线圈中通入恒定电流，线圈的自感系数为0 D．不管电流如何变化，线圈的自感系数不变 解析：选D。自感系数只与线圈本身有关，而与其他因素无关，D正确。 　　　　无线充电 如图所示，由地面供电装置(主要装置有线圈和电源)将电能传送至电动汽车底部的感应装置(主要装置是线圈)，该装置使用接收到的电能对车载电池进行充电，供电装置与车身接收装置通过磁场传送能量。 学科网（北京）股份有限公司 $$