第4节 互感和自感-【创新教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册五维课堂（人教版2019）

物理·选择性必修第二册 [例3] BC [若磁场相对于导体(或线圈或蝶线管)运动,则 第4节 互感和自感 在导体中会产生感应电流,感应电流使导体受到安培力的 自主预习·探新知 作用,由楞次定律、安培定则、左手定则可总结如下规律:产 知识梳理 生感应电流的导体所受安培力总是阻碍引起感应电流的导 一、1.感应电动势 互感 3.能量 互感现象 体与磁场间的相对运动,所以这个安培力驱动娜线管运动, 自感 阻碍磁铁运动,故B、C选项是正确的.] 跟进训练 电感 亨利 5.大小 形状 匝数 铁芯 三、1.磁场 磁场 2.(1)增加(2)减小 1.A 由于要求有效衰减紫铜薄板的上下及左右的微小振 基础自测 动,则在紫铜薄板发生微小的上下或左右振动时,通过紫铜 1.(1)X(2)(3)X (4) (5)X (6)× 薄板横截面的磁通量应均能发生变化,由图可以看出,只有 2.BD [两个线圈之间没有导线相连,也能产生互感现象,选 A图方案中才能使两方向上的微小振动得到有效衰减。了 项A错误;互感现象可以把能量从一个线圈传到另一个线 2.C [当磁铁转动时,由楞次定律知,线圈中有感应电流产 圈,选项B正确;互感现象并非都是有益的,有时会影响电 生,以阻碍磁通量的增加,即线圈将与磁铁的转动方向相同 路的正常工作,选项C错误;变压器是利用互感现象制成 以阻碍磁通量的增加,但转速一定小于磁铁的转速,如果两 的,选项D正确。] 者转速相同,则线围与磁铁处于相对静止,线圈不切割磁感 3.D线圈的自感系数与线圈的形状、长短、匝数及有无铁芯 线,无感应电流产生, 有关,与线圈中的电流无关,B、C错误,D正确,由E。一 课堂自测·夯基础 1.知,自感系数越大,自感电动势不一定越大,A错误。] 1.BC [线圈通电后,在安培力作用下发生转动,铅框随之转 动,并切割磁感线产生感应电流,也就是涡流,涡流阻碍线圈 合作探究·攻重难 的转动,使线圈偏转后尽快停下来,所以,这样做的目的是利 探究1 提示 现象:灯泡A。立即发光,灯泡A. 逐渐亮起来 用涡流来起电磁阻尼的作用。 2.BC [当磁铁逆时针转动时,相当于磁铁不动而线圈顺时针 [例1] CD [线圈中的自感电动势与通入的电流的变化率成 正比,即Ec.根据图像分析:0~1.时间内的电流交化率 旋转切割磁感线,线圈中产生感应电流,故C正确;当线圈 。 相对磁铁转过90*}时,电流方向不再是abcda,D错误;由棍 小于t。~1。时间内的电流变化率,A错误、C正确;l.~1。时 次定律可知,线圈将与磁铁同向转动,但转动的角速度一定 间内的电流变化率为零,自感电动势为零,B错误、D正确。] 小于磁铁转动的角速度,故A错误,B正确, 跟进训练 3.A [磁铁转动时,环中穿过环向里的磁通量增加,根据楞次 1.D [当插入软铁棒时,穿过线圈的磁通量增大,线圈产生感 定律,环中产生逆时针方向的感应电流,磁铁转动时,为阻碍 应电动势阻碍磁通量的增加,所以通过线圈的电流减小,灯 磁通量的变化,导线围环与磁铁同向转动,所以选项A 泡变暗,线圈各压上电流为同方向,同向电流相互吸引,电流 正确] 减小,各匪之间相互吸引力减小,娜线管仲长,故D正确,] 4.ABD [真空冶炼炉是利用线圈中的电流做周期性变化,在 2.D [S闭合,电路中电阻减小,电流增大,线圈产生的自感电 金属中产生涡流,从而产生大量的热量,熔化金属的,故A 动势的作用是阻碍原电流的增大,A错误;阻碍电流增大,不 正确;全属探测器中通有变化的电流,遇到全属物体时,被测 是不让电流增大,而是让电流增大的速度变慢,B、C错误;最 金属中产生涡流,涡流的磁场反过来影响探测器中的电流, 后达到稳定时,电路中总电流为I一 从而进行探测,故B正确;电磁炉工作时,在锅体中产生涡 探究2 流,加热食物,故C错误:当变压器中的电流变化时,在其铁 提示若线圈L的阻值R,小于灯泡阻值R。时,新电前稳 基中将产生祸流,使用辞铜片制成的铁芯可以尽可能减小混 定状态下电流1.I。断电后L与D构成回路,断电瞬间由 流,从而减小能量损失,故D正确, 于自感现象,I. 将延迟减弱,则流过灯泡D的电流为I. 大 5.AD [老师实验中,A摆很快停下来的原因是摆上产生了感 于原电流,所以会使灯泡闪亮一下后再逐渐熄灭。 应电流从而阻碍磁通量的变化,A正确,B错误;线圈的匝数 [例2] AC [接通开关时,A。 立即就亮,A. 与线圈串联,由 越多,受阻碍作用越明显,则线圈越容易停下来,C错误;如 于自感电动势的作用,电流逐渐变大,所以A。稍晚一会儿 果材质是塑料的,则不会产生感应电流,则线圈不会受到础 亮,A正确;断开开关时,A 立即熄灭,A:由于和线圈构成 场力作用,因此不会很快停下来,D正确。 回路,回路中电流逐渐减小,所以稍晚一会儿熄灭,C正确, .13· 参考答案 跟进训练 5.D [由题意可知,断开开关瞬间,线圈中产生很大的自感电 1.D [开关S断开前,通过灯泡D的电流是稳定的,其值为1A. 动势,若不并联元件,则开关S处会产生电张,当并联电容器 开关S断开瞬间,自感线围的支路由于自感现象会产生与线 时,只能对电容器充电,仍不能解决电弥现象,故A错误;当 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 并联发光二极管时,由于发光二极管有单向导电性,因此应 的2A逐渐减小,方向不变,且同灯泡D构成回路,通过灯 注意方向,D选项的二极管在开关断开后与线圈组成闲合回 泡D的电流和线圈L中的电流相同,也应该是从2A逐渐 路,正向导通,既能避免产生电张,又不影响电路:故D正 减小到零,但是方向与原来通过灯泡D的电流方向相反,故 确,B、C错误.] 选D.] 章未归纳提升 2.AD [在电路甲中,当接通开关S时,通过与灯泡相连的自 能力强化 感线圈的电流突然增大,由于线圈的自感现象,开始时,自感 [例1] AC [ab向右运动切割磁感线,由右手定则可知,产 线圈产生一个很大的自感电动势来阻碍电流的流入,流入灯 生的感应电流方向为从b到a(电流为负值),当cd棒进入磁 泡的电流很小;后来由于电流的不断流入,通过自感线圈的 场时电流方向从《到)为正,根据法拉第电磁感应定律, 电流变化逐渐变慢,所以自感线圈的阻碍作用逐渐减小:当 时间段内金属棒切割磁感线的有效长度逐渐增大,所以感 流过线圈的电流最大时,自感线圈不再有阻碍作用,所以通 应电流i随时间变化的图像可能为A图,B图一定错误;在 过灯泡的电流只能慢慢增大,故选项A正确,在电路乙中 ab棒做切割磁感线运动的过程中,由于cd棒没有进入磁场 当接通开关S时,通过自感线圈的电流突然增大,由于线圈 中,不受安培力作用,在0~1。时间内,绝缘细线中张力F等 的自感现象,开始时,自感线圈就产生一个很大的自感电动 于零,在cl棒进入磁场区域做切割磁感线运动时,受到安培 势来阻碍电流的流入,流入线圈的电流很小(可认为是0) 力作用,绝缘细线中张力F一BIu(t一1。)一 Bv(一)了 电路中的电流可以认为都是从灯泡通过的,以后自感线圈的 R B*(t-): 祖碍作用逐渐减小,通过自感线阅的电流逐渐增大,而通过 R 一,故绝缘细线中张力F随时间变化的图像可 灯泡的电流逐渐减小,直到流过线圈的电流最大时,自感线 能为C图,D图一定错误。 圈不再有阻碍作用,又因为自感线圈L的电阻值可认为是 [例2] [解析] (1)由法拉第电磁感应定律可得,感应电 0.所以灯泡被短路,故选项D正确.] 动势 课堂自测·夯基础 E-BL-1×0.4×5V-2V. 1.D 当线圈a输入正弦交变电流时,线围占输出同频率的正 感应电流1-2A-2A. 弦交变电流,A错误,当线圈a输入恒定电流时,线圈a产生 稳定的磁场,通过线围久的磁通量不变,但不为零,B错误 (2)由闭合电路欧姆定律可得,电路中电流 由于互感现象的存在,每个线圈中的交变电流都会对另外 一个线围的磁场产生影响,C错误,当线圈a的磁场变化时 由欧姆定律可得,导体棒两端的电压 通过线圈的磁通量发生变化,产生感应电动势,D正确.] U-I'R-1X1V-1V. 2.AC[当一个线圈的电流发生变化时,由于互感作用,相邻 [答案](1)2V 2A(2)1V 线圈中产生感应电流,当含有电源的线圈中电流增大时,线 [例3] [解析] (1)由右手定则可知,电流方向为由a流 圈M中产生感应电流且受斥力作用而向右运动,] 向6. 3.B[电路稳定时,电压表右端为“十”,左端为“一”,指针正 (2)开始放置ab刚好不下滑时,ab所受摩擦力为最大静摩 向偏转,若先断开S 或先拆电流表或先折去电阻R的睡 擦力,设其为F, 间,线圈中产生的自感电动势相当于瞬间电源,其a端相当 有F.-mgsin8 于电源的负极,b端相当于电源的正极,此时电压表加了一 设a刚好要上滑时,c棒的感应电动势为E,由法拉第电磁 个反向电压,使指针反偏,由“自感系数较大的线圈”知其反 感应定律得 偏电压很大,会烧坏电压表,而先断开S,由于电压表内阻 E-BLv 很大,电路中总电阻变化很小,电流几乎不变,不会损坏其他 设电路中的感应电流为I,由闭合电路欧姆定律有 器件,故应先断开S.] _ 4.B 由题中给出的电路可知,电路由L.与A 和A 与R两 个支路并联,在”时刻,A支路的电流因为有L的自感作 设ab所受安培力为F。,有F。-ILB 用,所以i由0逐渐增大,A,支路为纯电阻电路,i.不存在 此时a受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下,由平衡条 逐渐增大或减小的过程,故选项B正确。 件得 .135.物理·选择性必修第二册 第4节 互感和自感 :专理确诗 :如试感烤 。学刀方凌 知识导图 核心素养 1.物理观念：通过互感、自感及自感电动势等概念的提出，体会 [互感和自感 物理概念的产生过程 互感现象 [自感现象 2.科学思维：利用通电、断电自感的实例分析，体会物理模型在 互感特征 [自感系数 探索自然规律中的作用 磁场的能量转化及综合应用 3.科学态度与责任：通过互感和自感现象在生产、生活中的应 用，体会科学对社会发展的推动作用 自主预习。探新知 [知识梳理] 通电自感 断电自感 知识点一互感现象 断开开关的瞬间， 1.互感：两个相互靠近的线圈，当一个线圈中 接通电源的瞬 灯泡闪亮一下后 的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在 现象 间，灯泡A,逐 逐渐变暗或灯泡 另一个线圈中产生 ,这种现象 渐地亮起来 A逐渐变暗，直至 叫 熄灭 2.互感电动势：互感现象中产生的电动势 3.互感的应用：利用互感现象可以把 自感电动 阻碍电流的 阻碍电流的 由一个线圈传递到另一个线圈，如变压器就 势的作用 是利用 制成的 4.自感电动势的大小：E= ,其中L 4.互感的危害：互感现象可以发生在任何两个 是自感系数，简称 或 ,单 相互靠近的电路之间.在电力工程和电子电 位： ,符号是H. 路中，互感现象有时会影响电路正常工作. 5.自感系数大小的决定因素：自感系数与线圈 知识点二自感现象自感系数 的 ,以及是否 1.自感现象：当一个线圈中的电流变化时，它 有 等因素有关。 产生的变化的磁场在 激发出感应 电动势的现象， 知识点三磁场的能量 2.自感电动势：由于 而产生的感应电 1.自感现象中的磁场能量 动势. 线圈中电流从无到有时，磁场从无到有，电源 3.通电自感和断电自感 把能量输送给 ,储存在 中 通电自感 断电自感 2.电的“惯性” (1)线圈刚刚接通电源时，自感电动势阻碍线 圈中电流的 电路 (2)电源断开时，自感电动势阻碍线圈中电流 的 50 第二章电磁感应 [基础自测] 2.(多选)关于互感现象，下列说法正确的是 1.思考判断（正确的打“/”，错误的打“×”） A.两个线圈之间必须有导线相连，才能产 (1)两线圈相距较近时，可以产生互感现象，相 生互感现象 距较远时，不产生互感现象 ( B.互感现象可以把能量从一个线圈传到另 (2)在实际生活中，有的互感现象是有害的，有 一个线圈 的互感现象可以利用. C.互感现象都是有益的 (3)只有闭合的回路才能产生互感. D.变压器是利用互感现象制成的 3.关于线圈的自感系数，下面说法正确的是 (4)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化. ( ) A.线圈的自感系数越大，自感电动势一定 (5)自感电动势的方向一定与原电流的方向相反. 越大 B.线圈中电流等于零时，自感系数也等于零 C.线圈中电流变化越快，自感系数越大 (6)通过线圈的电流增大的越来越快，则自感 D.线圈的自感系数由线圈本身的因素及有 系数变大 ( 无铁芯决定 合作探究。攻重难 据究1 对直感现象的理解 (2)自感电动势的方向 ◆[探究导引] 当原电流增大时，自感电动势的方向与原电 如图所示，先闭合S,调节 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）. R2使A1、A2的亮度相同， (3)自感电动势的作用 再调节R1,使A1、A2都正 阻碍电流的变化，而不是阻止，电流仍在变 常发光，然后断开S.再次 化，只是使电流的变化时间变长，即总是起 闭合S.观察两只灯泡在电路接通的瞬间发 着推迟电流变化的作用， 光情况有什么不同？ 2.对电感线圈阻碍作用的理解 (1)若电路中的电流正在改变，电感线圈会产 生自感电动势阻碍电路中电流的变化，使 得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，电感线圈相当 于一段导线，其阻碍作用是由绕制线圈的 ◆汇探究归纳] 导线的电阻引起的， 1.对自感电动势的理解 3.对自感系数的理解 (1)产生原因 (1)自感系数的大小由线圈本身的特性及有无 铁芯决定，线圈越长、单位长度的匝数越 通过线圈的电流发生变化，导致穿过线圈 多，自感系数越大。 的磁通量发生变化，因而在原线圈上产生 (2)线圈的自感系数与E、△I、△t无关， 感应电动势 ·51· 物理·选择性必修第二册 [例1]（多选）线圈通以如图所示的随时间 C.有阻碍电流增大的作用，因而电流总保 变化的电流，则 ( ) 持不变 D.有阻碍电流增大的作用，但电流还是增 大，最后变为2I。 究2对通电自感和断电百感的理解 A.0~七1时间内线圈中的自感电动势最大 ◆[探究导引] B.t1~t2时间内线圈中的自感电动势最大 如图所示，在演示断电自感实验时，有时灯 C.t2~t3时间内线圈中的自感电动势最大 泡D会闪亮一下，然后逐渐熄灭，你能说出 D.t1~t2时间内线圈中的自感电动势为零 是什么原因导致的吗？ 汇规律总结分析通电自感需抓住的三点 (1)通电瞬间自感线圈处相当于断路. (2)电流增大过程中自感线圈对电流有阻碍 作用，使线圈中的电流从0逐渐增大到稳 定值 (3)电流稳定时自感线圈相当于导体.（若直 流电阻为0，相当于导线) ◆汇跟进训练] 1.如图所示，闭合电路中一 000 铁 定长度的螺线管可自由⑧ 伸缩，通电时灯泡有一定 亮度，若将一软铁棒从螺线管一端迅速插入 螺线管内，则在插入过程中 () ◆汇探究归纳] A.灯泡变亮，螺线管缩短 1.断电自感的分析 B.灯泡变暗，螺线管缩短 C.灯泡变亮，螺线管伸长 D.灯泡变暗，螺线管伸长 实验电路 2.如图所示，两个电阻均为 R,电感线圈L的电阻及 实验要求 电路稳定时L1、L2亮度相同 电池内阻均可忽略不计，S L由原来亮 R。为纯电阻，不产生自 h-1 原来断开，电路中电流1。= 景现将S闭 度逐渐媳灭 感现象，L2立即熄灭.L 为自感系数较大的线圈， 合，于是电路中产生了自感电动势，此自感 L1先立即变 L2立 断开S后，L中产生自感 电动势的作用是 I<I 暗一些再逐 刻熄灭 电动势，与L1组成闭合 渐熄灭 A.使电路的电流减小，最后由I。减小到零 回路，线圈中的电流在原 B.有阻碍电流增大的作用，最后电流小 L猛然亮 I>I 来电流值基础上逐渐 于I。 下再逐渐熄灭 诚小 ·52· 第二章电磁感应 2.通电自感的分析 ◆[跟进训练] 1.如图所示的电路中，S闭合且稳定后流过电 实验电路 感线圈的电流是2A,流过灯泡的电流是 1A,现将S突然断开，S断开前后，能正确 实验要求 电路稳定时L1、L2亮度相同 由于L,支路为纯电阻电 反映流过灯泡的电流讠随时间t变化关系的 L1先亮 路，不产生自感现象 S闭合 图像是 的瞬间 由于L的自感作用阻碍L2 L2逐渐变亮，最后 支路电流增大，出现“延迟” 与L,一样亮 现象 [例2]（多选）图中两个电路是研究自感现 象的电路，对实验结果的描述正确的是 ( A.接通开关时，灯A2立即就亮，A1稍晚一 会儿亮 B.接通开关时，灯A1立即就亮，A2稍晚一 会儿亮 2.(多选)在如图所示的甲、乙电路中，电阻R C.断开开关时，灯A1立即熄灭，A2稍晚一 和灯泡电阻的阻值相等，自感线圈L的电阻 会儿熄灭 值可认为是0，在接通开关S时，则() D.断开开关时，灯A2立即熄灭，A1稍晚一 会儿熄灭 汇规律总结了“断电自感的三点说明 (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 用 系，即由两支路中电阻的大小关系决定 A.在电路甲中，A将渐渐变亮 (2)若断开开关后，线圈与灯泡不能组成闭合 B.在电路甲中，A将先变亮，然后渐渐变暗 回路，则灯泡会立即熄灭 C.在电路乙中，A将渐渐变亮 (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 D.在电路乙中，A将先由亮渐渐变暗，然后 者出现短路， 熄灭 ·53· 物理·选择性必修第二册 辨析易错。提素养 [易错点]对断电自感理解不透彻 [正解]D [例门在如图所示的电路中，L [解析]自感电动势总是阻碍原电流的变 为电阻很小的线圈，G1和G2 化，当线圈中电流增加时，自感电动势与原 电流方向相反，当线圈中电流减小时，自感 为零刻度在表盘中央的两个相 电动势方向与原电流同向.本题中S断开瞬 同的电流表.当开关S闭合时，电流表G1、 间，由于L的自感电动势的作用，使电流不 G2的指针都偏向右方，那么当断开开关S 能立即消失，而是与原电流同向，即沿L、 时，将出现的现象是 G2、G1方向在闭合回路中继续维持一个较 A.G1和G2的指针都立即回到零点 短的时间.另外还要注意电流表的指针偏转 方向和电流流向间的关系. B.G,的指针立即回到零点，而G2的指针缓 [误区警示]分析判断此类问题，关键是对 慢地回到零点 自感电动势大小和方向的理解，因为E= C.G1的指针缓慢地回到零点，而G2的指针 L品故E可能大于电路中的电源电动第： 先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点 E的方向总是与原电流变化的方向相反（当 D.G2的指针缓慢地回到零点，而G1的指针 原电流增大时，E的方向与原电流方向相 先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点 反；当原电流减小时，E的方向与原电流方 [错解]B 向相同，即“增反减同”) [错因分析]没有认识到断电时自感线圈 ◆[课堂小结] L中产生的自感电动势在G1、G2构成的回 自感现象的产生 互感和自感 自感现象的理解 路中形成自感电流，误认为断电后自感电动 自感现象的规律 势只对G2有影响，而G1则因断电，电流立 通电自感 通电自感和断电自感 刻为零.故错选B. 断电自感 课堂自测。夯基础 1.(互感现象)如图所示，在 2.(互感现象)（多选）某电磁冲击钻的原理图 铁芯P上绕着两个线圈电测 如图所示，若突然发现钻头M向右运动，则 a和b,则 可能是 ) 出 A.线圈a输人正弦交变 电流，线圈b可输出恒定电流 B.线圈a输入恒定电流，穿过线圈b的磁通 量一定为零 A.开关S闭合瞬间 B.开关S由闭合到断开的瞬间 C.线圈b输出的交变电流不对线圈a的磁 C.开关S已经是闭合的，滑动变阻器滑片P 场造成影响 向左迅速滑动 D.线圈a的磁场变化时，线圈b中一定产生 D.开关S已经是闭合的，滑动变阻器滑片P 感应电动势 向右迅速滑动 ·54· 第二章电磁感应 3.(自感应用)如图所示的 b 电路，可用来测定自感 R 系数较大的线圈的直流 折仁 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S,B.先断开开关S2 C.先拆去电流表D.先拆去电阻R 4.(自感)在如图所示的电路中，两个相同的小 5.(自感应用)在生产实际中，有些高压直流电 灯泡A1和A2分别串联一个带铁芯的电感 路含有自感系数很大的线圈，当电路中的开 线圈L和一个滑动变阻器R.闭合开关S 关S由闭合到断开时，线圈会产生很大的自 后，调整R,使A1和A2发光的亮度一样，此 感电动势，使开关S处产生电弧，危及操作 时流过两个灯泡的电流均为I.然后，断开 人员的人身安全.为了避免电弧的产生，可 开关S.若t时刻再闭合开关S,则在t'前后 在线圈处并联一个元件，下列方案可行的是 的一小段时间内，选项图中正确反映流过 A,的电流1、流过A2的电流i2随时间t变 mmmmw 化的图像是 高压直流 高压直流 A ,mmmm◆ oonoooooooo 。 高压直流 高压直流 C D C温馨提店 学习至此，请完成配套训练 章末归纳提升 [知识整合] 对互感现象的理解和应用 楞次定律的理解 对自感现象的理解和应用 互感和自感 楞次定律的应用 自感现象中的图像问题 楞次定律 右手定则的应用 对锅藏的理解及应用 涡流 “增离减靠”法的应用 电磁阻尼与电酸哪动的理解 电磁感应 “来拒去留法的应用 罗次定律的应用 “增缩减扩法的应用 电磁感应中的动力学问题 电磁感应中的能量向题凡电磁感应中的动力学及能量问题 “三定则一定律”的综合应用 电磁感应中的电路问题 对法拉第电磁感应定律的理解 法拉第电磁感应定律 电磁报应中的渴像问题 对公式E-B卧的理解及应用 电磁感应中的电路及图像问题 ·55·