2.4 互感和自感 学案 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

该高中物理导学案聚焦互感和自感现象，引导学生了解互感的定义、应用及危害，掌握自感现象、自感电动势表达式与自感系数决定因素，认识磁场能量。通过观察通电和断电自感实验现象，衔接电磁感应规律，以基础知识分点梳理和重难点解析为学习支架。 资料特色在于实验观察与规律分析结合，典例涵盖不同电路情境及图像问题，当堂达标题分层设计。通过实验探究培养科学探究能力，用“增反减同”等规律推理提升科学思维，结合能量转化构建物理观念，助力学生系统掌握知识，提升问题解决能力。

第4节 互感和自感 学案 核心素养目标 1.了解互感现象及互感现象的应用，知道什么是互感现象和自感现象。 2.观察通电自感和断电自感实验现象，了解自感现象，认识自感电动势的作用，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.了解自感现象中自感电动势的作用，了解自感电动势的表达式E＝L，理解自感系数和自感系数的决定因素。 4.通过对自感现象的研究，了解磁场的能量。 基础知识： 知识点一　互感现象 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会在另一个线圈中产生感应电动势的现象。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由一个线圈传递到另一个线圈。变压器、收音机的“磁性天线”就是利用互感现象制成的。 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的正常工作。 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，它所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．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，单位是亨利，符号是H。 4．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 (1)线圈中电流从无到有时，磁场从无到有，电源的能量输送给磁场，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。 2．电的“惯性” 自感电动势有阻碍线圈中电流变化的“惯性”。 重难点理解： 一、互感现象 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．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。 典例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 解析　t1时刻B环中感应电流为零，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，两环相互吸引，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。答案　B 二　自感现象 1．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。 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 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 电路中稳态电流为I1、I2，①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 规律: (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大小的关系，即由两支路中电阻大小的关系决定。 (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。　 典例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 解析　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，通过灯B的电流变大，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。答案　AD 三　自感现象中的图像问题 分析自感现象中的图像问题的步骤 (1)明确研究对象及所研究的问题。 (2)分析所研究对象在电路中的位置，与电源、线圈等的关系及其电流、电压在某一段时间内的大小、方向和变化情况。 (3)看是否规定正方向，若没有说明，确定是否考虑正方向或只考虑其数值。 (4)结合题意和已知条件，利用自感知识和电路知识等进行分析和计算，从而确定出不同时间内某物理量随时间的变化规律。 典例3：如图所示，电源的电动势为E＝10 V，内阻不计，L与R的电阻值均为5 Ω，两灯泡的电阻值为RS＝10 Ω。 (1)求断开S的瞬间，灯泡L1两端的电压； (2)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。 解析　(1)电路稳定工作时，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的电流为1 A，所以此时L1两端的电压U＝ILRS＝10 V。 (2)断开S前，流过L1的电流为0.5 A且不变，而断开S的瞬间，通过L1的电流突变为1 A，而方向也发生变化，然后渐渐减小到零，所以电流的I­t图像如图所示(t0为断开S的时刻，从t0开始，电流持续的时间一般是很短的)。 答案　(1)10 V　(2)见解析 当堂达标： 1．在如图所示的电路中，A、B是两个相同的小灯泡。L是一个带铁芯的线圈，其电阻可忽略不计。调节R，电路稳定时两小灯泡都正常发光，则(　　) A．合上开关时，A、B两灯同时正常发光；断开开关时，A、B两灯同时熄灭 B．合上开关时，B灯比A灯先达到正常发光状态 C．断开开关时，A、B两灯都不会立即熄灭，通过A、B两灯的电流方向都与原电流方向相同 D．断开开关时，A灯会突然闪亮一下后再熄灭 2.(多选)在如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻r不能忽略。R1和R2是两个定值电阻，L是一个自感系数较大，电阻可忽略的线圈。开关S原来是断开的，从闭合开关S到电路中电流达到稳定状态为止的时间内，通过R1的电流I1和通过R2的电流I2的变化情况是(　　) A．I1开始较大而后逐渐变小 B．I1开始很小而后逐渐变大 C．I2开始很小而后逐渐变大 D．I2开始较大而后逐渐变小 3.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 4．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，灯A2、A3完全相同，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 参考答案： 1.解析：B　合上开关时，B灯立即正常发光，A灯所在的支路中，由于L产生的自感电动势阻碍电流的增大，A灯将延后一些时间才能达到正常发光状态，选项A错误，B正确；断开开关时，L中产生与原电流方向相同的自感电流，流过A灯的电流方向与原电流方向相同，流过B灯的电流方向与原电流方向相反，选项C错误；因为断开开关后，由L作为电源提供的电流是从原来稳定时通过L的电流值逐渐减小的，所以A、B两灯只是延缓一些时间熄灭，并不会比原来更亮，选项D错误。 2.解析：AC　闭合开关S时，由于L是一个自感系数较大的线圈，产生反向的自感电动势阻碍电流的变化，所以开始I2很小，随着电流达到稳定，自感作用减小，I2开始逐渐变大。闭合开关S时，由于线圈阻碍作用很大，路端电压较大，随着自感作用减小，路端电压减小，所以R1两端的电压逐渐减小，电流逐渐减小。故A、C正确。 3.解析：B　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灯中电流逐渐增大，A灯逐渐变亮，B正确。 4.解析：C　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。 学科网（北京）股份有限公司 $