第二章 4.互感和自感-（配套练习）【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（人教版）

4.互感和自感 1.了解互感现象及其应用。 2.了解自感现象，能利用电磁感应规律分析通电自感、断电自感现象。 3.知道自感电动势的概念及表达式，知道自感系数大小的决定因素，了解自感现象中的能量转化。 知识点一　互感现象 　情境：如图为法拉第实验线圈及电路简图，实验中两个线圈之间没有用导线连接。 问题：（1）当线圈L1中的电流恒定时，线圈L2中是否会产生感应电流？其原因是什么？ （2）当线圈L1中的电流变化时，线圈L2中是否会产生感应电流？其原因是什么？ 1.定义：两个相互　　　　的线圈，当一个线圈中的电流　　　　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　　　　电动势。 2.应用：互感现象可以把能量由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　　　　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。 【易错辨析】 （1）互感现象不属于电磁感应现象。（　　） （2）互感现象能发生在任何两个电路之间。（　　） （3）互感现象总是有害的。（　　） 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，而且可以发生于任何两个相互靠近的电路之间。 2.一个线圈中电流变化越快（电流的变化率越大），另一个线圈中产生的互感电动势越大。 3.互感现象可以把能量由一个电路转移到另一个电路。变压器就是利用互感现象制成的。 【例1】 （互感现象的理解）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转移到另一个线圈 C.互感现象都是有益的 D.在电力工程和电子电路中不存在互感现象 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 【例2】 （互感现象的应用）〔多选〕（2025·河南信阳期末）一款无线充电的送餐机器人的充电原理简化示意图如图所示，地面供电装置将电能传输至机器人底部的感应装置中，从而给机器人充电。下列说法中正确的是（　　） A.该无线充电过程利用了电磁感应的原理 B.地面供电装置接入的是恒定电流 C.地面供电装置会产生随时间变化的磁场 D.充电时，穿过感应装置中线圈的磁通量必须是变化的 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 知识点二　自感现象 　情境：某校师生进行“千人震”趣味实验，如图为其简化的电路图，其中L是镇流器（带铁芯的线圈），先闭合开关S通电，一节干电池不足以让这么多人感觉到被电击，但断开开关S的瞬间，师生们都会突然明显感受到电击作用。 问题：上述实验现象的原因是什么？ 1.自感现象：当一个线圈中的　　　　变化时，它所产生的变化的磁场在　　　　本身激发出　　　　　　的现象。 2.自感电动势：由于　　　而产生的感应电动势。 3.通电自感和断电自感比较 项目 通电自感 断电自感 电路图 器材规格 L1的自感系数较大，A1、A2灯同规格，调节R＝ L2的自感系数很大（有铁芯）、电阻较小 自感现象 S闭合，A2立即亮起来，A1逐渐变亮，最终一样亮 S断开，A逐渐熄灭或先闪亮一下再逐渐熄灭 流经灯泡的电流变化图像 灯泡A1 产生原因 （1）S闭合，L1电流增大，产生自感电动势，阻碍该电路电流变化。 （2）A1逐渐变亮。 （3）由于R＝RL1，最终两灯一样亮 （1）S断开，L2电流减小，产生自感电动势，阻碍该电路电流变化。 （2）若断开前IL2＞IA，则A灯闪亮一下，再逐渐熄灭。 （3）若断开前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 【易错辨析】 　（1）自感现象不属于电磁感应现象。（　　） （2）自感电动势总是阻止导体自身电流的变化。（　　） （3）自感电动势的方向可以与电流方向相同、也可以相反。（　　） 【例3】 （通电自感）如图所示，电路中电源内阻不能忽略，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 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 规律总结 自感现象的三个特点 （1）自感电动势总是阻碍线圈中原电流的变化，它只是延缓了原电流的变化，不能阻止原电流的变化。 （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。 【例4】 （断电自感）〔多选〕如图甲、乙所示的电路中，电阻R和自感线圈L的直流电阻相等且小于灯泡A的电阻，接通S，电路达到稳定时灯泡A发光，则（　　） A.电路甲中，断开S，A将渐渐变暗 B.电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗 C.电路乙中，断开S，A将渐渐变暗 D.电路乙中，断开S，A先变得更亮，然后渐渐变暗 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 知识点三　自感系数　磁场的能量 1.自感电动势的大小：E＝　　　　，其中L是自感系数，简称　　　　或　　　　，单位：　　　　，符号是H。 2.自感系数大小的决定因素：自感系数与线圈的　　　　、形状、　　　　，以及是否有　　　　等因素有关。 3.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　　　，电源的　　　　输送给　　　　，储存在　　　　中。 （2）电的“惯性”：自感电动势有　　　　线圈中电流　　　　的“惯性”。 【易错辨析】 　（1）导体中的电流变化越快，自感电动势一定越大。（　　） （2）线圈的自感系数越大，自感电动势一定越大。（　　） （3）线圈中插入铁芯自感系数会增大。（　　） 　自感系数的理解 【例5】 下列关于自感系数与自感电动势的说法正确的是（　　） 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 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 自感现象中的图像问题 　　 　自感现象中图像问题的分析思路 【典例1】 （2025·四川乐山市期末）如图所示的电路中，L是自感线圈，其直流电阻值小于灯泡D的阻值，电流传感器（相当于电流表）的电阻忽略不计，电源内阻不可忽略。在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间在t＝t1时刻断开开关S。则下列电流传感器记录的电流随时间变化情况的图像中，可能正确的是（　　） 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 【典例2】 如图甲，某实验小组用电压传感器研究电感线圈特性，图甲中三个灯泡相同，灯泡电阻不变。闭合开关S，当电路达到稳定状态后再断开开关，与传感器相连的电脑记录的电感线圈L两端电压u随时间t变化的u-t图像如图乙所示。不计电源内阻及电感线圈L的直流电阻，下列说法正确的是（　　） A.图乙中电压U1与U2的比值为3∶4 B.开关S闭合瞬间，L2、L3同时点亮 C.开关S断开瞬间，灯L2闪亮一下再逐渐熄灭 D.从开关S闭合瞬间至断开前，流经灯L1的电流保持不变 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：完成课后作业　第二章　4. 4 / 5 学科网（北京）股份有限公司 $ 4.互感和自感 知识点一 情境导入 　提示：（1）当线圈L1中的电流恒定时，其形成的磁场是稳定的，穿过两个线圈的磁通量都不会变化，线圈L2中不会产生感应电流。 （2）当线圈L1中的电流变化时，其形成的磁场是变化的，穿过两个线圈的磁通量都会变化，线圈L2中会产生感应电流，其原因是L2中产生了感应电动势。 新知导读 1.靠近　变化　感应电动势　互感　2.互感现象　3.靠近 易错辨析 （1）×　（2）×　（3）× 知识点二 情境导入 提示：当开关闭合后，镇流器与师生们并联，由于干电池的电动势较小，所以电流很小，师生们不会感觉到电击；但在断电的瞬间，镇流器的电流迅速减小，瞬间产生很大的感应电动势，从而使师生们明显感受到电击的作用。 新知导读 1.电流　线圈　感应电动势　2.自感 易错辨析 （1）×　（2）×　（3）√ 知识点三 新知导读 1.L　自感　电感　亨利　2.大小　匝数　铁芯 3.（1）有　能量　磁场　磁场　（2）阻碍　变化 易错辨析 （1）×　（2）×　（3）√ 4.互感和自感 知识点一 【例1】　B　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转移到另一个线圈，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；互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间，选项D错误。 【例2】　ACD　该无线充电过程利用了电磁感应的原理，A正确；地面供电装置要产生随时间变化的磁场，所以接入的是变化的电流，B错误，C正确；充电时，穿过感应装置中线圈的磁通量必须是变化的，这样才能产生感应电流，D正确。 知识点二 【例3】　B　闭合开关的一瞬间，由于线圈中自感电动势的影响，B灯先亮，A中电流逐渐增大，A灯逐渐变亮，B正确。 【例4】　AD　电路甲中，断开S，由于线圈产生的自感电动势阻碍原电流变小，导致回路中的电流逐渐减小，A将逐渐变暗，故A正确，B错误；电路乙中，由于电阻R和自感线圈L的电阻相等且小于灯泡A的电阻，所以电路稳定时通过线圈的电流比通过灯泡的电流大，断开S时，由于线圈的自感现象，通过灯泡A的电流突变为线圈中的电流而且比原来的大，导致A先变得更亮，然后逐渐变暗，故C错误，D正确。 知识点三 【例5】　D　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成正比，选项D正确。 【素养培优】 【典例1】　A　闭合S瞬间，线圈中产生自感电动势阻碍电流增加，则线圈相当于断路，此时通过电流传感器的电流最大；随线圈阻碍作用的减小，通过线圈的电流逐渐变大，通过电流传感器的电流逐渐减小，电路稳定后，外电路电阻不变，外电压不变，通过电流传感器的电流不变；因为线圈的直流电阻值小于灯泡D的阻值，稳定后，通过线圈的电流大于通过电流传感器的电流。t＝t1时刻断开开关S，由于自感现象，线圈阻碍电流减小，原来通过线圈L的电流此时从左向右流过电流传感器，与原来通过电流传感器的电流方向相反，且逐渐减小，故A正确，B、C、D错误。 【典例2】　A　开关闭合瞬间，L1和L2串联，电压传感器测量L2两端电压，则U1＝，稳定后，通过L3的电流为I＝·＝，开关断开瞬间，自感电流与原电流等大，则U2＝I·2R＝，得U1∶U2＝3∶4，A正确；开关闭合瞬间，由于L3与线圈串联，线圈阻碍电流增大，则L3逐渐变亮，B错误；通过L2和L3的电流相等，则开关断开的瞬间，自感电流不会使L2闪亮，而L2逐渐熄灭，C错误；开关闭合瞬间，L3逐渐变亮，即通过L3的电流逐渐增大，则通过L1的电流逐渐增大，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $