2.4 互感和自感（课件PPT）-【金榜题名】2025-2026学年高二物理选择性必修第二册高中同步学案（人教版）

第二章　电磁感应 2．4　互感和自感 物理 选择性必修2 第二章　电磁感应 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第二章　电磁感应 返回导航 返回导航 返回导航 目录 contents Part 01 课前预习 梳理教材 课堂探究 核心突破 Part 02 课堂达标 素养提升 Part 03 课时作业（十） Part 04 物理 选择性必修2 第二章　电磁感应 返回导航 返回导航 返回导航 课前预习 梳理教材 物理 选择性必修2 第二章　电磁感应 返回导航 返回导航 返回导航 电流变化 变化的磁场 互感现象 相互靠近 物理 选择性必修2 第二章　电磁感应 返回导航 返回导航 返回导航 变化 变化 本身 自感 电流的增加 阻碍电流的减小 物理 选择性必修2 第二章　电磁感应 返回导航 返回导航 返回导航 逐渐变亮 阻碍 物理 选择性必修2 第二章　电磁感应 返回导航 返回导航 返回导航 逐渐熄灭 阻碍 物理 选择性必修2 第二章　电磁感应 返回导航 返回导航 返回导航 匝数 亨 H 103 106 物理 选择性必修2 第二章　电磁感应 返回导航 返回导航 返回导航 能量 能量 电流变化 物理 选择性必修2 第二章　电磁感应 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第二章　电磁感应 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第二章　电磁感应 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第二章　电磁感应 返回导航 返回导航 返回导航 课堂探究 核心突破 物理 选择性必修2 第二章　电磁感应 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第二章　电磁感应 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第二章　电磁感应 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第二章　电磁感应 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第二章　电磁感应 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第二章　电磁感应 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第二章　电磁感应 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第二章　电磁感应 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第二章　电磁感应 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第二章　电磁感应 返回导航 返回导航 返回导航 物理 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\f(ΔI,Δt) 四、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，电源把____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”。 [自我诊断] 1．判断下列说法的正误。 (1)两个线圈相距较近时，可以产生互感现象，相距较远时，不产生互感现象。(　　) (2)自感现象中，感应电流一定与原电流方向相反。(　　) (3)线圈的自感系数与电流大小无关，与电流的变化率有关。(　　) (4)对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感电动势也较大。(　　) (5)没有发生自感现象时，即使有磁场也不会储存能量。(　　) 【答案】　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)× 2．如图所示，电路中电源内阻不能忽略，L的自感系数很大，其直流电阻忽略不计，A、B为两个完全相同的灯泡，当S闭合时，A灯__________亮，B灯__________亮。当S断开时，A灯__________熄灭，B灯________熄灭。(选填“立即”或“慢慢”) 【答案】　慢慢　立即　慢慢　慢慢 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。 (1)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？ (2)当线圈L1中的电流变化时，在另一个线圈L2中为什么会产生感应电动势呢？ 【答案】　(1)不一定。当线圈L1中的电流为恒定电流时，在其周围空间产生的磁场不变，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，在其周围空间产生变化的磁场，此时会在另一个线圈L2中产生感应电流。 (2)当线圈L1中的电流变化时，穿过两个线圈的磁通量都会变化，在另一个线圈L2中就会产生感应电动势。 1．互感及互感电动势 如图所示的电路中，两个线圈之间并没有导线相连，但当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会使另一个线圈中产生感应电动势，这种感应电动势叫作互感电动势。 2．对互感现象的理解 (1)互感现象是一种常见的电磁感应现象，它不仅可以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递到另一个电路。 3．应用与危害 (1)应用：变压器、收音机的磁性天线等都是利用互感现象制成的。 (2)危害：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，这时要设法减小电路间的互感。例如在电路板的刻制时就要设法减小电路间的互感现象。 　(多选)如图所示是一种延时装置的原理图，当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通，当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放。则(　　) A．由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用 B．由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用 C．如果断开B线圈的开关S2，无延时作用 D．如果断开B线圈的开关S2，延时将变化 【解析】　线圈A中的磁场随开关S1的闭合而产生，随S1的断开而消失。当S1闭合时，线圈A中的磁场穿过线圈月，当S2闭合，S1断开时，线圈A在线圈B中的磁场变弱，线圈B中有感应电流，B中电流的磁场继续吸引D而起到延时的作用，所以选项B正确，A错误；若S2断开，线圈B中不产生感应电流而起不到延时作用，所以选项C正确，D错误。 【答案】　BC 核心素养·思维升华 ①互感电动势的大小：E＝Neq \f(ΔΦ,Δt)； ②互感电动势的方向：由楞次定律判断。 ◆针对训练1　(多选)手机无线充电是比较新颖的充电方式如图所示。电磁感应式无线充电的原理与变压器类似，通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量。当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后，就会在邻近的受电线圈中感应出电流，最终实现为手机电池充电。在充电过程中(　　) A．送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化 B．受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变 C．送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递 D．手机和基座无需导线连接，这样传递能量没有损失 【解析】　送电线圈中通入的是正弦式交变电流，故产生的磁场也是周期性变化的，受电线圈中产生的感应电流也是周期性变化的，感应电流产生的磁场也是周期性变化的，故A正确，B错误；送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递，故C正确，有一部分能量会以电磁波的形式散发到周围的空间中损失掉，也有一部力能量转化为手机的内能损失掉，故D错误 【答案】　AC 二、自感现象 如图A1、A2是规格完全一样的灯泡。闭合电键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？ 【答案】　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．对自感现象的理解 自感现象是一种电磁感应现象，遵守法拉第电磁感应定律和楞次定律。 2．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，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，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。 　(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】　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。 【答案】　AD 　如图所示，开关S处于闭合状态，小灯泡A和B均正常发光，小灯泡A的电阻大于线圈L的直流电阻，现断开开关S，以下说法正确的是(　　) A．小灯泡A越来越暗，直到熄灭 B．小灯泡B越来越暗，直到熄灭 C．线圈L中的电流会立即消失 D．线圈L中的电流过一会再消失，且方向向右 【解析】　S断开瞬间，B立即熄灭。由于小灯泡A的电阻大于线圈L的直流电阻，所以S断开前线圈的电流大于小灯泡A中的电流。S断开瞬间，线圈中出现自感电动势，从而阻碍电流的减小，线圈中的电流方向不变，但大小由原电流逐渐减小，即线圈L中的电流过一会再消失，且方向向右，因L和A组成新的回路，所以A先亮一下，然后慢慢熄灭，故D正确。 【答案】　D 　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(　　) 【解析】　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路端得电压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，由于电感L的自感作用，流过灯泡D的电流立即与L电流相等，与灯泡原来的电流方向相反且逐渐减小，即UAB反向减小，B正确。 【答案】　B 三、自感系数和磁场的能量 自感电动势的大小与哪些因素有关？自感系数与哪些因素有关？ 【答案】　根据公式E＝Leq \f(ΔI,Δt)可知，自感电动势与自感系数和电流的变化率有关。自感系数与线圈的大小、形状、匝数以及有无铁芯等因素有关。 1．自感系数 (1)自感电动势的大小：E＝Leq \f(ΔI,Δt)，其中L是自感系数，简称自感或电感，单位：亨利，符号：H。1 mH＝10－3H，1 μH＝10－6 H。 (2)自感系数的决定因素：与线圈的大小、形状、匝数，以及是否有铁芯等因素有关。 2．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，电源把能量输送给磁场，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。 　关于自感现象、自感系数、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 【解析】　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，线圈的自感系数与电流变化快慢无关，选项B错误；根据楞次定律，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eq \f(ΔI,Δt)成正比，选项D正确。 【答案】　D 1．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，自感电动势就一定越大 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】　线圈的自感系数是由线圈本身的因素及有无铁芯决定的，与有无电流、电流变化情况都没有关系，故选项B、C错误，D正确；自感电动势的大小除了与自感系数有关，还与电流的变化率有关，故选项A错误。 【答案】　D 2．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，两环间作用力最大 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 【解析】　 t1时刻感应电流为0，故两环作用力为0，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0，两环无相互作用，D错误。 【答案】　B 3．图1和图2是演示自感现象的两个电路图，L1和L2为电感线圈。实验时，图1中断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗；图2中闭合开关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(　　) A．图1中，A1与L1的电阻值相同 B．图1中，闭合S1，电路稳定后，A1中电流大于L1中电流 C．图2中，滑动变阻器R与L2的电阻值相同 D．图2中，闭合S2瞬间，L2中电流与滑动变阻器R中电流相等 【解析】　题图1中，稳定时通过A1的电流记为I1，通过L1的电流记为IL。S1断开瞬间，A1突然变亮，可知IL>I1，因此A1和L1电阻不相等，所以A、B错误。由于最终A2与A3亮度相同，所以两支路电流I相同，根据部分电路欧姆定律可知，两支路电压U与电流I均相同，所以两支路电阻相同。由于A2、A3完全相同，故滑动变阻器R与L2的电阻值相同，所以C正确。题图2中，闭合S2时，由于自感作用，通过L2与A2的电流I2会逐渐增大，而通过R与A3的电流I3立即变大，因此电流不相等，所以D错误。 【答案】　C 4.某兴趣小组探究断电自感现象的电路如图所示。闭合开关S，待电路稳定后，通过电阻R的电流为I1，通过电感L的电流为I2.t1时刻断开开关S，下列图像中能正确描述通过电阻R的电流IR和通过电感L的电流IL的是(　　) 【解析】　S断开后，电感线圈与R构成回路，R中的电流反向，大小与线圈L中的电流相等，并逐渐减小，故A正确，B错误；断开S后，R与线圈串联，流过线圈的电流减小，电感线圈产生与原电流方向相同的感应电动势，且电动势慢慢变小，则线圈中电流方向不变，大小逐渐变小，而且变小得越来越慢，而R中的电流反向，故C、D错误。 【答案】　A $$