第2章 4 互感和自感-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修第二册同步导学案配套PPT课件（人教版）多选

第二章　电磁感应 4　互感和自感 [学习目标]　1.了解互感现象及其应用，了解自感系数与哪些因素有关。2.理解互感和自感现象产生的机理，能解释有关现象(重点)。3.能够分析通电自感和断电自感现象(重难点)。 2 课时作业 巩固提升 要点1　互感现象 要点2　自感现象 要点3　自感系数　磁场的能量 内容索引 3 要点1　互感现象 一 4 1.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______________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，变压器就是利用____________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。 感应电动势 互感现象 5 [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 BD 6 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。 [针对训练]　1.在无线电仪器中，常需要在距离较近处安装两个线圈， 并要求当一个线圈中电流有变化时，对另一个线圈中电流的影响尽量 小。如图所示，两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是(　　) D 两个相距较近的线圈，当其中的一个线圈中电流发生变化时，就在周围空间产生变化的磁场，这个变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势，即发生互感现象。要使这种影响尽量小，应采用选项D所示的安装位置才符合要求。因为通电线圈周围的磁场分布与条形磁铁的磁场分布类似，采用选项D所示的安装位置时，变化的磁场穿过另一线圈的磁通量最小。 9 二 要点2　自感现象 10 1.自感现象：当一个线圈中的电流________时，它所产生的_________的磁场在线圈本身激发出感应电动势的现象，产生的电动势叫作_____ ____________。 梳理 必备知识 自主学习 变化 变化 自感 电动势 11 2.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____________亮起来 ____________电流的增加 断电 自感   断开开关的瞬间，灯泡A逐渐_______。有时灯泡A会______一下，然后逐渐变暗 __________电流的减小 较慢地 阻碍 变暗 闪亮 阻碍 12 [思考与讨论] 如图所示，李辉在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很多，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。 13 1.自感现象的四大特点 (1)自感电动势总是阻碍线圈中原电流的变化。 (2)通过线圈中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)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。 归纳 关键能力 合作探究 14 2.通电自感和断电自感比较 项目 通电自感 断电自感 自感 电路     器材 规格 A1、A2灯同规格，调节R＝RL1，L1的自感系数较大 L2的自感系数很大(有铁芯)、电阻较小 15 项目 通电自感 断电自感 自感 现象 在S闭合瞬间，A2灯立即亮起来了，A1灯逐渐变亮，最终两灯一样亮 在开关S断开时，A灯逐渐熄灭或先闪亮一下再逐渐熄灭 产生 原因 开关闭合时，流过线圈L1的电流增大，线圈L1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＝RL1，最终流过两灯的电流一样大 (1)断开开关S时，流过线圈L2的电流减小，线圈产生自感电动势阻碍电流的减小，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; (2)若RL2＜RA，原来的电流IL2＞IA，则A灯熄灭前要闪亮一下; (3)若RL2≥RA，原来的电流IL2≤IA，则A灯逐渐熄灭 能量 转化 有电能转化为L1中的磁场能 L2中的磁场能转化为电能 [例2]　(2024·天津南 开高二统考)在如图甲、 乙所示的电路中，电阻 R和自感线圈L的电阻都 小于灯泡的电阻，闭合 S使电路达到稳定，灯泡 均发光。下列说法正确的是(　　) A.在电路甲中，断开S后，Q1立即熄灭 B.在电路甲中，断开S后，Q1先变得更亮，然后渐渐变暗至熄灭 C.在电路乙中，断开S后，Q2渐渐变暗至熄灭 D.在电路乙中，断开S后，Q2先变得更亮，然后渐渐变暗至熄灭 D 电阻R和自感线圈L的电阻都小于灯泡的电阻，所以在电路甲中，断开S后，Q1渐渐变暗至熄灭，故A、B错误;在电路乙中，电路稳定后，经过自感线圈的电流较大，所以在电路乙中，断开S后，Q2先变得更亮，然后渐渐变暗至熄灭，故C错误，D正确。 [针对训练]　 2.(2024·陕西宝鸡高二统考)某同学用如图所示的电路研 究断电自感现象。闭合开关S，小灯泡发光;再断开S，小灯泡渐渐熄灭。 重复多次，仍未出现物理老师课堂演示断电时出现的小灯泡闪亮之后再 逐渐熄灭的现象。你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是(　　) A.电源的电动势较大 B.小灯泡A的灯丝断了 C.线圈L的电阻较小 D.小灯泡A灯丝电阻较小 D 开关断开时，灯泡能否发生闪亮，取决于 流过灯泡的电流有没有增大，与电源的电动 势无关，故A错误;小灯泡A的灯丝断了，灯 泡将不亮，故B错误;线圈L的电阻较小，稳定 时流过灯泡的电流小于流过线圈的电流，断 开开关时，线圈与灯泡组成闭合电路，流过 灯泡的电流从线圈原来电流的大小开始逐渐减小，灯泡发生闪亮现象，故C错误;小灯泡A灯丝电阻较小，稳定时流过灯泡的电流大于流过线圈的电流，断开开关时，线圈与灯泡组成闭合回路，流过灯泡的电流从线圈原来电流的大小开始逐渐减小，灯泡将不发生闪亮现象，故D正确。 20 3.(2024·广东江门高二统考)在如图所示的电路 中，灯泡A、B电阻相同，自感线圈L的电阻跟 灯泡相差不大，在t1时刻将S断开，那么流过灯 泡B的电流随时间变化的图像正确的是(　　) D 由题可认为自感线圈L的电阻跟灯泡相等，当电 路稳定时，流过灯泡A的电流是流过灯泡B的一 半，在t1时刻将S断开，因为线圈阻碍电流的减 小，在L和A、B灯泡构成的回路中形成逆时针 方向的电流，此刻电路中电流与稳定时流过灯泡 A的电流相等，但流过灯泡B的电流与稳定时的方向相反，随着时间的变化电流逐渐减小，故D正确。 三 要点3　自感系数　磁场的能量 23 1.自感系数 (1)自感电动势的大小：E＝L，其中L是线圈的自感系数，简称自感或电感。 (2)单位：_________，符号是________。常用的还有毫亨(mH)和微亨 (μH)。换算关系是：1 H＝_________ mH＝_________ μH。 (3)决定线圈自感系数大小的因素：线圈的大小、形状、_________以及 是否有_________等。 梳理 必备知识 自主学习 亨利 H 103 106 匝数 铁芯 24 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，磁场也从无到有，电源的____________输送给磁场，储存在磁场中。 ②线圈中电流减小时，磁场中的____________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___________的“惯性”。 能量 能量 电流变化 25 [思考与讨论] (1)若一个线圈中的电流在均匀增大，那么这个线圈的自感系数将如何变化? 提示：(1)不变，这是因为自感系数由线圈本身特征决定，不随电流的变化而变化。 (2)如何理解线圈能够体现电的“惯性”? 提示：(2)在线圈通电瞬间和断电瞬间，自感电动势都要阻碍线圈中电流的变化，使线圈中的电流不能立即增大到最大值或不能立即减小为零。 26 1.对自感系数的理解 (1)L在数值上等于电流变化率为1 A/s时产生的自感电动势的大小。 (2)自感系数的物理意义：表征线圈产生自感电动势强弱本领的物理量。自感系数越大的线圈，对于相同的电流的变化率，自感电动势越大，自感作用越强。 (3)L的大小还表示线圈对电流变化阻碍作用的强弱，反映了线圈对电流变化延时作用的强弱。 归纳 关键能力 合作探究 27 2.自感线圈中的磁场能 线圈的“储能”效果与线圈的自感系数有关，自感系数越大，“储能”效果越明显。 28 [例3]　关于自感现象、自感系数和自感电动势，下列说法正确的是 (　　) A.当线圈中通恒定电流时，线圈中没有自感现象，线圈自感系数为零 B.线圈中电流变化越快，线圈的自感系数越大 C.自感电动势与原电流方向相反 D.对于确定的线圈，其产生的自感电动势与其电流变化率成正比 D 自感系数是描述线圈特性的物理量，只与线圈本身有关，当线圈中通恒定电流时，线圈中没有自感现象，不产生自感电动势，但是线圈自感系数不为零，选项A错误;线圈中电流变化越快，产生的自感电动势越大，但线圈的自感系数不变，选项B错误;根据楞次定律，自感电动势方向与电流变化的方向相反，当线圈中电流增大时，自感电动势阻碍电流增大，自感电动势方向与原电流方向相反，当线圈中电流减小时，自感电动势阻碍电流减小，自感电动势方向与原电流方向相同，选项C错误;对于确定的线圈，自感系数L一定，其产生的自感电动势与其电流变化率成正比，选项D正确。 [针对训练]　4.关于线圈的自感系数，下列说法正确的是(　　) A.线圈的自感系数越大，自感电动势一定越大 B.线圈中的电流变化越快，自感系数越大 C.线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定 D.线圈中的电流等于零时，自感系数也等于零 C 由E＝L可知，线圈的自感系数大，若电流变化率小，自感电动势不一定大，故A错误;线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定，与电流无关，故B、D错误，C正确。 32 四 课时作业 巩固提升 33 [A组　基础巩固练] 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 BD 34 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。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 35 2.如图是套在同一铁芯上的两个线圈，左线圈与电源、滑动变阻器及开 关相连，右线圈与电流表连成一闭合电路。在下列情况下，电流表指 针不偏转的是(　　) A.开关S闭合或断开的瞬间 B.开关S闭合后，左线圈中通过恒定的电流时 C.开关S闭合时，移动滑动变阻器滑片增大其阻值时 D.开关S闭合时，移动滑动变阻器滑片减小其阻值时 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 36 要使电流表指针不偏转，只要不产生感应电流即可，这就要求左侧线圈中的电流保持不变，故B正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 37 3.关于线圈中自感电动势的大小，下列说法正确的是(　　) A.电感一定时，电流变化越大，自感电动势越大 B.电感一定时，电流变化越快，自感电动势越大 C.通过线圈的电流为零的瞬间，自感电动势最大 D.通过线圈的电流为最大值的瞬间，自感电动势最大 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 38 由E＝L可知，L一定时，自感电动势正比于电流的变化率，与电流的大小、电流变化量的大小都没有直接关系，故B正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 4.在制作精密电阻时，为了消除使用过程中由于电流变 化而引起的自感现象，采用双线并绕的方法，如图所示。 其道理是(　　) A.当电路中的电流变化时，两股导线产生的自感电动 势相互抵消 B.当电路中的电流变化时，两股导线产生的感应电流相互抵消 C.当电路中的电流变化时，两股导线中原电流的磁通量相互抵消 D.以上说法都不对 12 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 C 40 由于采用双线并绕的方法，当电流通过时，两股导线中 的电流方向是相反的，不管电流怎样变化，任何时刻两 股导线中的电流总是等大反向的，所产生的磁场也是等 大反向的，故总磁通量等于零，在该线圈中不会产生电 磁感应现象，因此消除了自感，选项A、B、D错误，C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 5.(2024·浙江金华高二联考)如图所示，L是自感 系数较大的线圈，其直流电阻可忽略不计，a、b、 c是三个相同的小灯泡。下列说法正确的是(　　) A.开关S闭合瞬间，c灯立即亮，a、b灯逐渐亮 B.开关S闭合瞬间，a、b灯一样亮 C.开关S断开瞬间，c灯立即熄灭，a、b灯逐渐熄灭 D.开关S断开瞬间，流过a灯的电流方向与断开前相反 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 42 开关S闭合瞬间，b、c灯立即亮，a灯由于与自 感线圈串联，而自感线圈会产生自感电动势， 阻碍电流的通过，因此a灯逐渐变亮，故A、B错 误;开关S断开瞬间，c灯处于断路状态，立即熄灭， 而a、b灯与自感线圈串联构成闭合回路，因自感 线圈在开关S断开瞬间，产生自感电动势，阻碍电流的减小，所以a、b灯逐渐熄灭，故C正确;开关S断开瞬间，流过a灯的电流方向仍与断开前相同，而流过b灯的电流方向与断开前相反，故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 6.如图所示电路为演示自感现象的电路图，其中R0为定值电阻，电源电动势为E、内阻为r，小灯泡的灯丝电阻为R(可视为不变)，电感线圈的自感系数为L、电阻为RL。电路接通并达到稳定状态后，断开开关S，可以看到灯泡先是“闪亮”(比开关断开前更亮)一下，然后才逐渐熄灭，但实验发现“闪亮”现象并不明显。为了在上述实验过程中观察到更明 显的“闪亮”现象，下列措施中一定可行的是(　　) A.更换电感线圈中的铁芯，使L减小 B.更换电感线圈中的铁芯，使L增大 C.更换电感线圈，保持L不变，使RL减小 D.更换电感线圈，保持L不变，使RL增大 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 44 闭合开关，在电路稳定的情况下，若RL＜ R，则 线圈中的电流IL＞IR;断开开关一瞬间，由于线圈 的自感作用，IL不能立刻减小为零，而是流过灯 泡且逐渐减小，由于IL＞IR，在瞬时较大电流流 过灯泡时，灯泡出现“闪亮”现象。因此，选项 C一定可行。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 7.(2024·江西萍乡高二统考)某同学对教材中断电自感实验做了如图甲所示的改动，即在两条支路上分别串联电流传感器，再按教材要求，断开电路并记录下两支路的电流情况，如图乙所示。由图可知： 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 46 (1)断电瞬间，灯泡电流瞬间__________(选填“增大”“减小”或“不变”)。  2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 增大　 47 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (1)由题图可知，断电前，通过灯泡和线圈的电流均恒定，且通过线圈的电流大于通过灯泡的电流。断电瞬间，线圈产生自感电动势阻碍通过其的电流减小，而此时灯泡和线圈构成一回路，从而使通过灯泡的电流瞬间增大。 48 (2)断电瞬间，灯泡中电流与断开前方向__________(选填“相同”或“相反”)。  2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 相反 49 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (2)断电前，通过灯泡的电流方向向右，断电瞬间，通过线圈的电流方向不变，与灯泡构成回路后，灯泡电流方向变为向左，即与断电前方向相反。 50 (3)在不改变线圈电阻等其他条件的情况下，只将铁芯拔出后重做上述 实验，可观察到灯泡在断电后处于亮着的时间将__________(选填“变长”“变短”或“不变”)。  2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 变短 51 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (3)在不改变线圈电阻等其他条件的情况下，只将铁芯拔出后重做上述实验，线圈的自感系数减小，对电流减小的阻碍能力变弱，所以可观察到灯泡在断电后处于亮着的时间将变短。 52 [B组　综合强化练] 8.如图甲所示，A、B两绝缘金属环套在同一铁芯 上，A环中电流iA随时间t的变化规律如图乙所示。 下列说法正确的是(　　) A.t1时刻，两环作用力最大 B.t2和t3时刻，两环相互吸引 C.t2时刻两环相互吸引，t3时刻两环相互排斥 D.t3和t4时刻，两环相互吸引 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 53 t1时刻感应电流为零，故两环作用力为零，A错误;t2和t3时刻A环中电流在减小，则B环中产生与A环中同向的电流，故相互吸引，B正确，C错误;t4时刻A环中电流为零，两环无相互作用，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 9.如图所示，A、B是两个完全相同的灯泡，D是理想二极管，L是带铁芯的线圈，其自感系数很大，直流电阻忽略不计。下列说法正确的是 (　　) A.S闭合瞬间，B立即亮 B.S闭合瞬间，A立即亮，B不亮 C.S断开瞬间，A闪亮一下，然后逐渐熄灭 D.S断开瞬间，B逐渐熄灭 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 55 开关S闭合时，灯泡A所在支路由于二极管的单 向导电性而处于断路状态，所以灯泡A不会亮， 由于线圈的自感作用，灯泡B逐渐亮起来，故A、 B错误;开关S断开瞬间，由于线圈的自感作用， 线圈、二极管、灯泡A构成了一个闭合回路，自感电流的方向符合二极管的导通方向，所以灯泡A开始发光，随着自感电流减小，灯泡A熄灭，即灯泡A闪亮一下，然后逐渐熄灭，灯泡B则立即熄灭，故C正确，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 10.在如图所示的电路中，电源的电动势为E，内 阻为r，电感L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡 D的阻值。在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间 后，在t＝t1时刻断开S。下列表示A、B两点间电压 UAB随时间t变化的图像中正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 57 开关S闭合的瞬间，由于电感L的阻碍作用，R与 L组成的支路相当于断路，之后L的阻碍作用不断 减小，相当于外电路并联部分的电阻不断减小， 根据闭合电路欧姆定律有I＝，可知整个电 路中的总电流不断增大，由U内＝Ir得内电压不断增大，由UAB＝E－Ir得路端电压UAB不断减小。电路稳定后，因为R的阻值大于灯泡D的阻值，所以流过L支路的电流小于流过灯泡D的电流。当开关断开时，由于电感L的自感作用，流过灯泡D的电流立即与L中的电流相等，与灯泡中原来的电流方向相反且逐渐减小，即UAB反向且逐渐减小，且UAB反向瞬间比稳定时小，选项B正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 11.如图所示，电源的电动势E＝10 V，内阻不 计，L与R的电阻值均为5 Ω，两灯泡的电阻值 均为RS＝10 Ω。 (1)求断开S的瞬间，灯泡L1两端的电压; 答案：(1)10 V 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 59 (1)电路稳定工作时，由于a、b两点的电势相等，导线ab上无电流通过，因此通过L的电流为 IL＝ A＝1 A 流过L1的电流为IS＝ A＝0.5 A 断开S的瞬间，由于线圈要想维持IL不变，而与L1组成闭合回路，因此通过L1的最大电流为1 A，此时L1两端的电压为U＝ILRS＝10 V。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (2)定性画出断开S前后一段时间内通过L1的电 流随时间的变化规律。 答案：(2)图见解析 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 61 (2)断开S前，流过L1的电流为0.5 A且大小不变，而断开S的瞬间，通过L1的电流突变为1 A，且方向也发生变化，然后渐渐减小到零，所以它的图像如图所示(t0为断开S的时刻)。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [C组　培优选做练] 12.(多选)在用图1的电路研究自感现象时，电流传感器A显示各时刻通过线圈L(直流电阻为0)的电流如图2所示，已知灯泡的电阻与定值电阻R相同且不随电流变化。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 63 由此可以判定(　　) A.闭合S时灯泡缓慢变亮，断开S时灯泡缓慢熄灭 B.1.0×10－3 s前后，S由闭合变为断开 C.1.2×10－3 s时，通过灯泡的电流方向为从右向左 D.1.1×10－3 s时，灯泡的功率约为5.0×10－4 s时 的二分之一 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 BC 64 当开关S闭合时，流过灯泡的电流瞬间增大，所以灯 泡瞬间变亮，由于线圈的自感作用使得流过电阻R的 电流逐渐增大，断开S时，由于灯泡的电阻与定值电 阻R相同电流逐渐减小，故A错误，B正确;断开开关， 线圈产生的感应电流方向向右，所以流过灯泡的电流 向左，故C正确;由题图可知，t＝1.1×10－3 s时，电流为0.9 A，t＝5.0×10－4 s时，电流为1.5 A，根据功率的计算公式P＝I2R可得＝0.36，故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 $$