第2章 第4节 互感和自感-【创新教程】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册五维课堂同步Word教案（人教版2019）

4节　互感和自感 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，体会物理概念的产生过程 2.科学思维：利用通电、断电自感的实例分析，体会物理模型在探索自然规律中的作用 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 [知识梳理] 知识点一　互感现象 1．互感：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 ，这种现象叫 互感 ． 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 能量 由一个线圈传递到另一个线圈，如变压器就是利用 互感现象 制成的． 4．互感的危害：互感现象可以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． 知识点二　自感现象　自感系数 1．自感现象：当一个线圈中的电流变化时，它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 通电自感 断电自感 电路 现象 接通电源的瞬间，灯泡A1逐渐地亮起来 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 自感电动 势的作用 阻碍电流的 增加 阻碍电流的 减小 4.自感电动势的大小：E＝L，其中L是自感系数，简称 自感 或 电感 ，单位：亨利 ，符号是H. 5．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． 知识点三　磁场的能量 1．自感现象中的磁场能量 线圈中电流从无到有时，磁场从无到有，电源把能量输送给 磁场 ，储存在 磁场 中． 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 增加 ． (2)电源断开时，自感电动势阻碍线圈中电流的 减小 ． [基础自测] 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)两线圈相距较近时，可以产生互感现象，相距较远时，不产生互感现象．( × ) (2)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．( √ ) (3)只有闭合的回路才能产生互感．( × ) (4)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化．( √ ) (5)自感电动势的方向一定与原电流的方向相反．( × ) (6)通过线圈的电流增大的越来越快，则自感系数变大．(×) 2．(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：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；互感现象并非都是有益的，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．] 3．关于线圈的自感系数，下面说法正确的是(　　) 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 D．线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定 解析：D　[线圈的自感系数与线圈的形状、长短、匝数及有无铁芯有关，与线圈中的电流无关，B、C错误，D正确．由E自＝L知，自感系数越大，自感电动势不一定越大，A错误．] 　　 对自感现象的理解 ◆[探究导引] 如图所示，先闭合S，调节R2使A1、A2的亮度相同，再调节R1，使A1、A2都正常发光，然后断开S.再次闭合S.观察两只灯泡在电路接通的瞬间发光情况有什么不同？ 提示　现象：灯泡A2立即发光，灯泡A1逐渐亮起来． ◆[探究归纳] 1．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，因而在原线圈上产生感应电动势． (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 阻碍电流的变化，而不是阻止，电流仍在变化，只是使电流的变化时间变长，即总是起着推迟电流变化的作用． 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导线的电阻引起的． 3．对自感系数的理解 (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、单位长度的匝数越多，自感系数越大． (2)线圈的自感系数与E、ΔI、Δt无关． [例1]　(多选)线圈通以如图所示的随时间变化的电流，则(　　) A．0～t1时间内线圈中的自感电动势最大 B．t1～t2时间内线圈中的自感电动势最大 C．t2～t3时间内线圈中的自感电动势最大 D．t1～t2时间内线圈中的自感电动势为零 [解析]　CD　[线圈中的自感电动势与通入的电流的变化率成正比，即E∝.根据图像分析：0～t1时间内的电流变化率小于t2～t3时间内的电流变化率，A错误、C正确；t1～t2时间内的电流变化率为零，自感电动势为零，B错误、D正确．] [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) ◆[跟进训练] 1.如图所示，闭合电路中一定长度的螺线管可自由伸缩，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(　　) A．灯泡变亮，螺线管缩短 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 解析：D　[当插入软铁棒时，穿过线圈的磁通量增大，线圈产生感应电动势阻碍磁通量的增加，所以通过线圈的电流减小，灯泡变暗，线圈各匝上电流为同方向，同向电流相互吸引，电流减小，各匝之间相互吸引力减小，螺线管伸长，故D正确．] 2.如图所示，两个电阻均为R，电感线圈L的电阻及电池内阻均可忽略不计，S原来断开，电路中电流I0＝，现将S闭合，于是电路中产生了自感电动势，此自感电动势的作用是(　　) A．使电路的电流减小，最后由I0减小到零 B．有阻碍电流增大的作用，最后电流小于I0 C．有阻碍电流增大的作用，因而电流总保持不变 D．有阻碍电流增大的作用，但电流还是增大，最后变为2I0 解析：D　[S闭合，电路中电阻减小，电流增大，线圈产生的自感电动势的作用是阻碍原电流的增大，A错误；阻碍电流增大，不是不让电流增大，而是让电流增大的速度变慢，B、C错误；最后达到稳定时，电路中总电流为I＝＝2I0，故D正确．] 对通电自感和断电自感的理解 ◆[探究导引] 　如图所示，在演示断电自感实验时，有时灯泡D会闪亮一下，然后逐渐熄灭，你能说出是什么原因导致的吗？ 提示　若线圈L的阻值RL小于灯泡阻值R0时，断电前稳定状态下电流IL＞ID.断电后L与D构成回路，断电瞬间由于自感现象，IL将延迟减弱，则流过灯泡D的电流为IL大于原电流，所以会使灯泡闪亮一下后再逐渐熄灭． ◆[探究归纳] 1．断电自感的分析 实验电路 实验要求 电路稳定时L1、L2亮度相同 IL＝IL1 L1由原来亮度逐渐熄灭 L2立刻熄灭 R0为纯电阻，不产生自感现象，L2立即熄灭．L为自感系数较大的线圈，断开S后，L中产生自感电动势，与L1组成闭合回路，线圈中的电流在原来电流值基础上逐渐减小 IL<IL1 L1先立即变暗一些再逐渐熄灭 IL>IL1 L1猛然亮一下再逐渐熄灭 2.通电自感的分析 实验电路 实验要求 电路稳定时L1、L2亮度相同 S闭合的瞬间 L1先亮 由于L1支路为纯电阻电路，不产生自感现象 L2逐渐变亮，最后与L1一样亮 由于L的自感作用阻碍L2支路电流增大，出现“延迟”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 C．断开开关时，灯A1立即熄灭，A2稍晚一会儿熄灭 D．断开开关时，灯A2立即熄灭，A1稍晚一会儿熄灭 [解析]　AC　[接通开关时，A2立即就亮，A1与线圈串联，由于自感电动势的作用，电流逐渐变大，所以A1稍晚一会儿亮，A正确；断开开关时，A1立即熄灭，A2由于和线圈构成回路，回路中电流逐渐减小，所以稍晚一会儿熄灭，C正确．] [规律总结]　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． ◆[跟进训练] 1．如图所示的电路中，S闭合且稳定后流过电感线圈的电流是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(　　) 解析：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，也应该是从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.] 2．(多选)在如图所示的甲、乙电路中，电阻R和灯泡电阻的阻值相等，自感线圈L的电阻值可认为是0，在接通开关S时，则(　　) A．在电路甲中，A将渐渐变亮 B．在电路甲中，A将先变亮，然后渐渐变暗 C．在电路乙中，A将渐渐变亮 D．在电路乙中，A将先由亮渐渐变暗，然后熄灭 解析：AD　[在电路甲中，当接通开关S时，通过与灯泡相连的自感线圈的电流突然增大，由于线圈的自感现象，开始时，自感线圈产生一个很大的自感电动势来阻碍电流的流入，流入灯泡的电流很小；后来由于电流的不断流入，通过自感线圈的电流变化逐渐变慢，所以自感线圈的阻碍作用逐渐减小；当流过线圈的电流最大时，自感线圈不再有阻碍作用，所以通过灯泡的电流只能慢慢增大，故选项A正确．在电路乙中，当接通开关S时，通过自感线圈的电流突然增大，由于线圈的自感现象，开始时，自感线圈就产生一个很大的自感电动势来阻碍电流的流入，流入线圈的电流很小(可认为是0)，电路中的电流可以认为都是从灯泡通过的，以后自感线圈的阻碍作用逐渐减小，通过自感线圈的电流逐渐增大，而通过灯泡的电流逐渐减小，直到流过线圈的电流最大时，自感线圈不再有阻碍作用，又因为自感线圈L的电阻值可认为是0，所以灯泡被短路，故选项D正确．] [易错点]　对断电自感理解不透彻 [例]　在如图所示的电路中，L为电阻很小的线圈，G1和G2为零刻度在表盘中央的两个相同的电流表．当开关S闭合时，电流表G1、G2的指针都偏向右方，那么当断开开关S时，将出现的现象是(　　) A．G1和G2的指针都立即回到零点 B．G1的指针立即回到零点，而G2的指针缓慢地回到零点 C．G1的指针缓慢地回到零点，而G2的指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点 D．G2的指针缓慢地回到零点，而G1的指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点 [错解]　B [错因分析]　没有认识到断电时自感线圈L中产生的自感电动势在G1、G2构成的回路中形成自感电流，误认为断电后自感电动势只对G2有影响，而G1则因断电，电流立刻为零．故错选B. [正解]　D [解析]　自感电动势总是阻碍原电流的变化，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，自感电动势方向与原电流同向．本题中S断开瞬间，由于L的自感电动势的作用，使电流不能立即消失，而是与原电流同向，即沿L、G2、G1方向在闭合回路中继续维持一个较短的时间．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． [误区警示]　分析判断此类问题，关键是对自感电动势大小和方向的理解，因为E＝L，故E可能大于电路中的电源电动势；E的方向总是与原电流变化的方向相反(当原电流增大时，E的方向与原电流方向相反；当原电流减小时，E的方向与原电流方向相同，即“增反减同”)． ◆[课堂小结] 　　 1. (互感现象)如图所示，在铁芯P上绕着两个线圈a和b，则(　　) A．线圈a输入正弦交变电流，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 C．线圈b输出的交变电流不对线圈a的磁场造成影响 D．线圈a的磁场变化时，线圈b中一定产生感应电动势 解析：D　[当线圈a输入正弦交变电流时，线圈b输出同频率的正弦交变电流，A错误．当线圈a输入恒定电流时，线圈a产生稳定的磁场，通过线圈b的磁通量不变，但不为零，B错误．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圈的磁场产生影响，C错误．当线圈a的磁场变化时，通过线圈b的磁通量发生变化，产生感应电动势，D正确．] 2．(互感现象)(多选)某电磁冲击钻的原理图如图所示，若突然发现钻头M向右运动，则可能是(　　) A．开关S闭合瞬间 B．开关S由闭合到断开的瞬间 C．开关S已经是闭合的，滑动变阻器滑片P向左迅速滑动 D．开关S已经是闭合的，滑动变阻器滑片P向右迅速滑动 解析：AC　[当一个线圈的电流发生变化时，由于互感作用，相邻线圈中产生感应电流．当含有电源的线圈中电流增大时，线圈M中产生感应电流且受斥力作用而向右运动．] 3. (自感应用)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 解析：B　[电路稳定时，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的瞬间，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，此时电压表加了一个反向电压，使指针反偏．由“自感系数较大的线圈”知其反偏电压很大，会烧坏电压表．而先断开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.] 4．(自感)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电感线圈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(　　) 解析：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．(自感应用)在生产实际中，有些高压直流电路含有自感系数很大的线圈，当电路中的开关S由闭合到断开时，线圈会产生很大的自感电动势，使开关S处产生电弧，危及操作人员的人身安全．为了避免电弧的产生，可在线圈处并联一个元件，下列方案可行的是(　　) 解析：D　[由题意可知，断开开关瞬间，线圈中产生很大的自感电动势，若不并联元件，则开关S处会产生电弧，当并联电容器时，只能对电容器充电，仍不能解决电弧现象，故A错误；当并联发光二极管时，由于发光二极管有单向导电性，因此应注意方向，D选项的二极管在开关断开后与线圈组成闭合回路，正向导通，既能避免产生电弧，又不影响电路，故D正确，B、C错误．] 学科网（北京）股份有限公司 $$