第2章 第四节 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（粤教版）

第四节　互感和自感 第二章　电磁感应 [学习目标]　1.了解互感现象及其应用。　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。　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。　4.了解自感现象中的能量转化。 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　自感现象中的图像问题 内容索引 要点1　互感现象 一 4 梳理 必备知识 自主学习 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在另一个线圈中激发出了　　　　　　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　　　　　　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。 感应电动势 互感现象 [思考与讨论] 在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接,当一个线圈中的电流变化时,在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢? 提示:磁感线是闭合的,磁感线通过另一个线圈使得另一线圈磁通量发生变化。 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,而且可以发生于两个相互靠近的闭合电路之间。 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。 归纳 关键能力 合作探究 [例1]　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,下列说法中正确的是(　　) 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 B 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中电流为零,两环无相互作用,D错误。 [针对训练]　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.始终由Q →P D.始终由P→Q C 开关由1扳到2,线圈A中电流产生的磁场由向右变为向左,先减小后反向增加,由楞次定律可得R中电流始终由Q→P,C正确。 二 要点2　自感现象 12 1.自感现象:由于线圈本身的电流发生变化而产生的　　　　　　现象。  2.自感电动势:在　　　　现象中产生的感应电动势。  梳理 必备知识 自主学习 电磁感应 自感 3.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逐渐地亮起来 阻碍电流的　　　  断电自感   断开开关的瞬间,灯泡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　　　  增加 减小 4.自感电动势的大小:E=L,其中L是自感系数,简称　　　　或 　　　　,单位是　　　　,符号是H。  5.自感系数大小的决定因素:自感系数与线圈的　　　　、　　　　、 　　　　以及是否有　　　　等因素有关。  自感 电感 亨利 长短 形状 匝数 铁芯 [思考与讨论] 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。重新闭合S,观察到什么现象? 提示:灯泡A2立刻发光,跟线圈L串联的灯泡A1逐渐亮起来。 1.对自感现象的分析思路 (1)明确通过自感线圈的电流大小的变化情况(是增大还是减小)。 (2)根据“增反减同”,判断自感电动势的方向。 (3)分析阻碍的结果:当电流增强时,由于自感电动势的作用,线圈中的电流逐渐增大,与线圈串联的元件中的电流也逐渐增大;当电流减小时,由于自感电动势的作用,线圈中的电流逐渐减小,与线圈串联的元件中的电流也逐渐减小。 归纳 关键能力 合作探究 2.自感现象中灯泡亮度变化的问题   与线圈串联的灯泡 与线圈并联的灯泡 电 路 图       与线圈串联的灯泡 与线圈并联的灯泡 通 电 时 电流逐渐增大,灯泡逐渐变亮 电流I1突然变大,然后逐渐减小达到稳定,灯泡突然变亮然后逐渐变暗,最后亮度不变 断 电 时 电流逐渐减小,灯泡逐渐变暗,电流方向不变 ①若I2≤I1,灯泡逐渐变暗; ②若I2>I1,灯泡闪亮一下后逐渐变暗。 两种情况灯泡电流方向均改变 [例2]　(多选)如图所示,灯A、B完全相同,带铁芯的线圈L的电阻可忽略,则(　　) A.S闭合的瞬间,灯A、B同时发光,接着灯A变暗, 灯B更亮,最后灯A熄灭 B.S闭合瞬间,灯A不亮,灯B立即亮 C.S闭合瞬间,灯A、B都不立即亮 D.稳定后再断开S的瞬间,灯B立即熄灭,灯A闪亮一下再熄灭 AD S接通的瞬间,L所在支路中电流从无到有发生变化,因此,L中产生的自感电动势阻碍电流增加。由于有铁芯,自感系数较大,对电流的阻碍作用也就很强,所以S接通的瞬间L中的电流非常小,即干路中的电流几乎全部流过灯A,所以灯A、B会同时亮;又由于L中电流逐渐稳定,感应电动势逐渐消失,灯A逐渐变暗,线圈的电阻可忽略,对灯A起到“短路”作用,因此灯A最后熄灭。这个过程电路的总电阻比刚接通时小,由恒定电流知识可知,灯B会 更亮。稳定后S断开瞬间,由于线圈的电流较大,L与灯A 组成回路,灯A要闪亮一下再熄灭,灯B立即熄灭,故A、 D正确。 归纳总结 1.断开开关后,灯泡是否瞬间变得更亮,取决于电路稳定时两支路中电流的大小关系,即由两支路中电阻的大小关系决定。 2.若断开开关后,线圈与灯泡不能组成闭合回路,则灯泡会立即熄灭。 3.自感线圈直流电阻小与直流电阻不计含义不同,稳定时,前者相当于定值电阻,后者出现短路。 [针对训练]　2.如图所示,电阻R的阻值和线圈自感系数L的值都较大,线圈的电阻不计,A、B是两只完全相同的灯泡,则下列说法正确的是(　　) A.当开关S闭合时,B比A先亮,然后A熄灭 B.当开关S闭合时,B比A先亮,然后B熄灭 C.当电路稳定后开关S断开时,A立刻熄灭,B逐渐熄灭 D.当电路稳定后开关S断开时,B立刻熄灭,A闪一下后再逐渐熄灭 D 当开关S闭合时,由于电阻R的阻值和线圈自感系数L的值都较大,通过L和R的电流很小,相当于断路,A、B两灯一起亮,稳定后A灯被线圈L短路后熄灭,选项A、B错误;当电路稳定后开关S断开时,B灯立刻熄灭,因为线圈L中会产生自感电动势,阻碍本身电流的减小,此电流会通过A灯形成回路,由于不计线圈的电阻,所以A灯闪一下后再逐渐熄灭,选项D正确,C错误。 3.如图所示,线圈L的自感系数足够大,其直流电阻忽略不计,LA、LB是两个相同的灯泡,且在下列实验中不会烧毁,电阻R2的阻值约等于R1的两倍,则(　　) A.闭合开关S时,LA、LB同时达到最亮,且LB更亮一些 B.闭合开关S时,LA、LB均慢慢亮起来,且LA更亮一些 C.断开开关S时,LA慢慢熄灭,LB马上熄灭 D.断开开关S时,LA慢慢熄灭,LB闪亮后慢慢熄灭 D 由于灯泡LA与线圈L串联,灯泡LB与电阻R2串联,当S闭合的瞬间,通过线圈的电流突然增大,线圈产生自感电动势,阻碍电流的增加,所以LB比LA先亮,A、B错误。由于LA所在的支路电阻阻值偏小,故稳定时电流大,即LA更亮一些;当S断开的瞬间,线圈产生自感电动势,两灯组成串联电路,电流从线圈中原来电流开始减小,即从IA减小,故LA慢慢熄灭,LB闪亮后慢慢熄灭,C错误,D正确。 三 要点3　自感现象中的图像问题 27 [例3]　如图所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,线圈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时刻断开开关S。如选项图所示,表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像中正确的是(　　) B 开关S闭合的瞬间,由于L的阻碍作用,由R与L组成的支路相当于断路,后来由于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可知,整个电路中的总电流增大,由U内=Ir得内电压增大,由UAB=E-Ir得路端电压UAB减小。电路稳定后,由于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S断开时,由于L的自感作用,流过灯泡D的电流立即 与流过L的电流相等,与灯泡D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。 归纳总结 1.L中电流变化时,自感电动势对电流有阻碍作用,随时间延续,其阻碍作用逐渐变小。 2.UAB有正负之分,根据流过灯泡D的电流方向确定UAB的正负。 [针对训练]　4.在如图所示的电路中,两个相同的小灯泡A1和A2分别串联一个带铁芯的线圈L和一个滑动变阻器R。闭合开关S后,调整R,使A1和A2发光的亮度一样,此时流过两个灯泡的电流均为I。然后,断开开关S。若t'时刻再闭合开关S,则在t'前后的一小段时间内,选项图中正确反映流过A1的电流i1、流过A2的电流i2随时间t变化的图像是(　　) B 由题中给出的电路可知,电路由L与A1和A2与R两个支路并联,在t'时刻,A1支路的电流因为有L的自感作用,所以i1由0逐渐增大,A2支路为纯电阻电路,i2不存在逐渐增大或减小的过程,故选项B正确。 5.在如图所示的电路中,S闭合且稳定后流过线圈的电流是2 A,流过灯泡的电流是1 A,现将S突然断开。S断开前后,能正确反映流过灯泡的电流i随时间t变化关系的图像是(　　) D 开关S断开前,通过灯泡D的电流是稳定的,其值为1 A。开关S断开瞬间,自感线圈的支路由于自感现象会产生与线圈中原电流方向相同的自感电动势,使线圈中的电流从原来的2 A逐渐减小,方向不变,且同灯泡D构成回路,通过灯泡D的电流和线圈L中的电流相同,也是从2 A逐渐减小到零,但是方向与原来通过灯泡D的电流方向相反,故选D。 四 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 [A组　基础巩固练] 1.在无线电技术中,常有这样的要求:有两个线圈,要使一个线圈中有电流变化时,对另一个线圈几乎没有影响。选项中最能符合这样要求的图是(　　) D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 线圈有电流通过时产生磁场,对其他线圈有无影响实质是:是否引起电磁感应现象——即看穿过邻近线圈的磁通量有无变化。通过分析知D图中一个线圈产生的磁场很少穿过另一个线圈,因而是最符合要求的。 2.如图所示,电路中电源内阻不能忽略,电阻R的阻值和L的自感系数都很大,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(　　) A.A比B先亮,然后A熄灭 B.B比A先亮,然后A逐渐变亮 C.A、B一起亮,然后A熄灭 D.A、B一起亮,然后B熄灭 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 闭合开关的一瞬间,由于线圈中自感电动势的阻碍,B灯先亮,A灯后亮,然后A中电流逐渐增大,A灯逐渐变亮,B正确。 3.如图甲、乙所示,电感线圈L的电阻很小,接通S,使电路达到稳定,灯泡A发光,下列说法正确的是(　　) A.在电路甲中,断开S,A将立即熄灭 B.在电路甲中,断开S,A将先变得更亮, 然后逐渐变暗 C.在电路乙中,断开S,A将逐渐变暗 D.在电路乙中,断开S,A将先变得更亮,然后渐渐变暗 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 题图甲中,灯泡A与线圈L在同一个支路中,流过的电流相同,断开开关S时,线圈L中的自感电动势的作用使得支路中的电流瞬间不变,然后渐渐变小,A、B错误;题图乙中,灯泡A所在支路的电流比线圈L所在支路的电流要小(因为线圈的电阻很小),断开开关S时,线圈L的自感电动势要阻碍电流变小,此瞬间线圈L中的电流不变,线圈L相当于一个电源给灯泡A供电,因此反向流过A的电流瞬间要变大,然后逐渐变小,所以A要先更亮一下,然后逐渐变暗,C错误,D正确。 4.如图所示的电路,可用来测定自感系数较大的线圈的直流电阻,线圈两端并联一个电压表,用来测量自感线圈两端的直流电压,在实验完毕后,将电路拆开时应(　　) A.先断开开关S1　　　 B.先断开开关S2 C.先拆去电流表 D.先拆去电阻R 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 该电路实际上就是伏安法测线圈的直流电阻的电路,在实验完毕后,由于线圈的自感作用,若电路拆去的先后顺序不对,可能会烧坏电表。当S1、S2闭合,电路稳定时,线圈中的电流方向是a→b,电压表右端为“+”,左端为“-”,指针正向偏转,若先断开S1或先拆电流表或先拆去电阻R瞬间,线圈中产生的自感电动势相当于瞬间电源,其a端相当于电源的负极,b端相当于电源的正极,此时电压表两端被加了一个反向电压,指针反偏。由“自感系数较大的线圈”知其反偏电压很大,可能会烧坏电压表。 若先断开S2,由于电压表内阻很大,电路中总电阻变化 很小,电流几乎不变,不会损坏其他器件,故应先断开S2。 5.(2024·深圳高二月考)在研究自感现象的实验中,将线圈、电阻和电流传感器按如图电路连接。闭合开关后,电流随时间变化的关系是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 电阻、电流传感器与线圈串联,闭合开关后,流过线圈的电流增大,线圈产生与原电流方向相反的感应电动势,且电动势逐渐减小,则线圈中电流大小逐渐增大,而且增大得越来越慢,最后电流达到稳定值,故A正确。 6.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,采取了双线绕法,如图所示,其道理是(　　) A.当电路中的电流变化时,两股导线中产生的自感电动势 互相抵消 B.当电路中的电流变化时,两股导线中产生的感应电流 互相抵消 C.当电路中的电流变化时,两股导线中产生的磁通量互相抵消 D.以上说法均不对 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 由于采用了双线绕法,两根平行导线中的电流反向,它们产生的磁通量相互抵消。不论导线中的电流如何变化,线圈中的磁通量始终为零,所以消除了自感现象的影响。 7.图甲和图乙是演示自感现象的两个电路图,L1和L2为自感线圈。实验时,断开开关S1瞬间,灯A1突然闪亮,随后逐渐变暗;闭合开关S2,灯A2逐渐变亮,而另一个相同的灯A3立即变亮,最终A2与A3的亮度相同。下列说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 A.图甲中,A1与L1的电阻值相同 B.图甲中,闭合S1,电路稳定后,A1中电流大于L1中电流 C.图乙中,变阻器R与L2的电阻值相同 D.图乙中,闭合S2瞬间,L2中电流与变阻器R中电流相等 答案:C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 在题图甲中,断开S1瞬间,A1突然闪亮,说明断开S1前,L1中的电流大于A1中的电流,故L1的阻值小于A1的阻值,A、B错误;在题图乙中,闭合S2瞬间,由于L2的自感作用,通过L2的电流很小,D错误;闭合S2后,最终A2与A3亮度相同,说明两支路电流相等,故R与L2的阻值相同,C正确。 [B组　综合强化练] 8.(多选)如图所示,电池的电动势为E,内阻不计,线圈自感系数较大,直流电阻不计。当开关S闭合后,下列说法正确的是(　　) A.a、b间电压逐渐增加,最后等于E B.b、c间电压逐渐增加,最后等于E C.a、c间电压逐渐增加,最后等于E D.电路中电流逐渐增加,最后等于 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 BD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 由于线圈自感系数较大,当开关闭合瞬间,a、b间近似断路,所以a、b间电压很大,随着电流的增加,a、b间电压减小,b、c间电压增大,最后稳定后,a、b间电压为零,b、c间电压等于E,电流大小为I=,选项B、D正确,A、C错误。 9.在如图所示的电路中,三个灯泡L1、L2、L3的电阻关系为R1<R2<R3,线圈L的直流电阻可忽略,D为理想二极管。开关S从闭合状态突然断开时,下列判断正确的是(　　) A.L1逐渐变暗,L2、L3均先变亮,然后逐渐变暗 B.L1逐渐变暗,L2立即熄灭,L3先变亮,然后逐渐变暗 C.L2立即熄灭,L1、L3均逐渐变暗 D.L1、L2、L3均先变亮,然后逐渐变暗 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 开关S从闭合状态突然断开时,L中产生方向向右的自感电动势,L1逐渐变暗,L2立即熄灭(理想二极管单向导电),L3先变亮后逐渐变暗(L3中原电流小于L1中电流),选项B正确。 10.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 1 (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,所以此时L1两端的电压为U=IL·RS=10 V。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 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)断开S前,流过L1的电流为0.5 A 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 1 [C组　培优选做练] 11.如图甲所示为研究自感实验电路图,并用电流传感器显示出在t=1×10-3 s时断开开关前后一段时间内各时刻通过线圈L的电流(如图乙所示)。已知电源电动势E=6 V,内阻不计,灯泡L1的阻值为R1=6 Ω,电阻R的阻值为2 Ω。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 甲　　　　　　　　　　乙 (1)求线圈的直流电阻RL。 答案:(1)2 Ω　 (1)由题图乙可知S闭合稳定时IL=1.5 A RL=-R= Ω-2 Ω=2 Ω。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 (2)开关断开时,该同学观察到的现象是什么?并计算开关断开瞬间线圈产生的自感电动势是多少? 答案: (2)见解析 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 (2)S闭合稳定时流过灯泡L1的电流 I1== A=1 A S断开后,L、R、L1组成临时回路,电流由1.5 A逐渐减小,所以灯泡会闪亮一下再熄灭,自感电动势 E'=IL(R+RL+R1)=15 V。 $$