2.4 互感和自感-【重难点手册】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（人教版）浙江专用

重难点手册高中物理选择性必修第二册)（浙江专用） 第4节 互感和自感 重点和难点 课标要求 1.通过实验，了解互感现象、自感现象及它们的利用和防止. 2.通过分析通电、断电时自感现象的成因，以及磁场的能量转化问 重点：互感和自感的判断 题，认识互感和自感是电磁感应现象的特例. 难点：自感现象的能量转化问题 3.了解自感电动势的计算式E=L ,知道自感系数是表示线图 △I 本身特征的物理量，知道它的单位. 01一必备知识梳理。 基础梳理 知识点1互感现象 1.互感 同敲黑板 如图所示的电路中，两个线圈之间并没有导线相连，但当一 (1)当其中一个线圈中有 个线圈中的电流发生变化时，它所产生变化的磁场会使另一个线 电流时，另一个线圈中是否会 圈中产生感应电动势，这种现象叫作互感 产生感应电动势？ (2)当其中一个线圈中的 电流变化时，另一个线圈中为 什么会产生感应电动势呢？ 解释：(1)不一定.当其中 2.互感电动势 一个线圈中的电流为恒定电 在互感现象中产生的电动势叫作互感电动势 流时，其在周围空间产生的磁 例①(2025·湖北黄冈中学高二期中)如图所示，充电基座 场不变，在另一个线圈中就不 安装有送电线圈，手机内部安装有受电线圈.当充电线圈接上220V 会产生感应电动势 (2)当其中一个线圈中的 的正弦交流电源后，受电线圈产生的电流给手机电池充电.下列 电流变化时，其在周围空间产 说法正确的是( 生变化的磁场，穿过另一个线圈 的磁通量就会变化，在另一个线 受电线圈 圈中就会产生感应电动势 送电线圈 A.受电线圈中感应电流产生的磁场不变 B.送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化 C.基座接直流电源也能对手机充电 66 第二章 电磁感应么 D.基座对手机传递电能过程中无电能损失 [解析送电线圈接入正弦交流电，送电线圈中电流产生的磁 场呈周期性变化，则在受电线圈中产生感应电流也是正弦交流 电，此感应电流产生的磁场也是周期性变化，故A错误，B正确； 无线充电利用的是电磁感应原理，送电线圈和受电线圈通过互感 现象实现能量传递，线圈对直流电源没有作用，不能对手机充电， 故C错误；无线充电利用的是电磁感应原理，由于存在漏磁现象， 且线圈本身有直流电阻，所以基座对手机传递电能的过程中仍有 电能损失，故D错误. 答案B 知识点2自感现象 1.通电自感现象（如图所示）》 刀刘重点7 (1)现象：接通电路时，跟变阻器R串联的灯泡A2立刻正常 对自感现象与自感 发光，而跟有铁芯的线圈L串联的灯泡A,却是逐渐亮起来的. 电动势的理解 自感现象是电磁感应现 象的一种特殊情形，因而它必 定遵循电磁感应的普遍规律. R 自感现象中的自感电动势对 R 原电流变化的阻碍，其实就是 楞次定律中的阻碍作用在自 (2)分析：在接通电路的瞬间，电路中的电流增大，穿过线圈 感现象中的体现.当原电流增 L的磁通量也随之增加，线圈中产生感应电动势，感应电动势阻 大时，自感电动势对电流的增 碍线圈中电流的增大，所以通过灯泡A,的电流只能逐渐增大，灯 大起到“延缓”的作用；当原电 泡A1只能逐渐亮起来. 流减小时，自感电动势对电流 2.断电自感现象（如图所示） 的减小起到“补偿”的作用.这 (1)现象：接通电路，待灯泡A正常发光，断开 里的“阻碍”不是阻止，它只是 电路，这时可以看到，灯泡A要过一会儿才熄灭. 阻碍原电流的变化，而非阻止 (2)分析：由于电路断开的瞬间，通过线圈的电 原电流使其不变. 流突然减弱，穿过线圈的磁通量也就很快地减少， E 因而在线圈中产生感应电动势，虽然这时电源已经断开，但线圈 L和灯泡A组成闭合回路.在这个回路中有感应电流通过，所以 灯泡不会立即熄灭 3.自感现象的概念 由于线圈中的电流发生变化而在它本身激发出感应电动势， 这种电磁感应现象叫作自感现象， 4.自感电动势 (1)概念：由于线圈中的电流发生变化而在其本身所产生的 67 重滩点手册高中物理选择性必修第二册)（浙江专用） 感应电动势， (2)作用：总是阻碍线圈中原电流的变化，即总是起着推迟电 流变化的作用 (3)方向：当原电流增大时，自感电动势与原电流方向相反； 当原电流减小时，自感电动势与原电流方向相同. 知识点3自感系数 1.自感电动势公式 国敲黑板 1.不要把自感系数和自 自感电动势也是感应电动势，同样遵循法拉第电磁感应定 感电动势相混淆.自感电动势 律，即Eoc△ 与自感系数有关，但自感系数 △t 与自感电动势无关 由于其磁通量的变化是由通过自身的电流变化引起的，故自 2.自感电动势可比原电 动势大得多，但自感电流不会 感电动势的大小与电流的变化快慢有关，即Ec △t 超过原电流 3.自感现象是电能与线 不同的线圈在电流变化一致的情况下，自感电动势不同，说 圈内的磁场能之间的相互转 明自感电动势与线圈的构造有关.写成等式有E=L 化，遵从能量守恒定律。 △t1 2.自感系数 (①)概念：在公式E=L中，比例系数L称为自感系数，简 称自感或电感 (2)决定因素：自感系数是反映线圈本身性质的物理量，自感 系数L与线圈的形状、长短、匝数及有无铁芯等因素有关.线圈的 横截面积越大，线圈越长，匝数越多，其自感系数L就越大.如果 线圈内有铁芯，则自感系数L会比没有铁芯时大得多 (3)单位：亨利，简称亨(H),常见单位还有毫亨(mH)、微亨 (μH),1H=103mH=10°μH. (4)物理意义：表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量： 数值上等于通过线圈的电流在1s内改变1A时产生的自感电动 势的大小. 知识点4磁场的能量 1.电感和电阻对电流的阻碍作用的比较 卫记方法习 物理量 电感L 电阻R 理想线圈的三个状态 阻碍作用 阻碍电流的变化 阻碍电流 1.通电瞬间自感线圈处 相当于断路 表现 产生自感现象 导体发热 2.断电时，自感线圈相当 68 第二章 电磁感应 续表 于电源，其电流由原值逐渐减 电感越大，电流变化越快，对电流 小，不会发生突变（必须有闭 电阻越大，对电流的阻碍 大小因素 变化的阻碍作用越大，产生的自感 合回路). 作用越大 电动势越大 3.电流稳定时自感线圈 线圈长度、横截面积、单位长度的导体长度、横截面积、电阻 相当于导体，若其直流电阻忽 决定因素 匝数、有无铁芯 率、温度 略不计，则相当于导线 联系 电感和电阻都是反映导体本身性质的物理量 2.两种阻碍作用产生的原因分析 线圈对稳定电流的阻碍作用是由绕制线圈的导线的电阻决 定的.线圈对稳定电流阻碍作用的产生原因是金属对定向运动电 子的阻碍作用.而线圈对变化电流的阻碍作用是由线圈的自感现 象引起的，当通过线圈中的电流变化时，穿过线圈的磁通量发生 变化，产生自感电动势，阻碍线圈中电流的变化、 3.两种阻碍作用产生的效果分析 通电线圈中，电流的稳定值为，由此可知，线圈的稳 阻决定了电流的稳定值，L越大，电流由0增大到稳定值的时间 越长，也就是说，线圈对变化电流的阻碍作用越大，电流变化越 慢.总之，稳态电阻决定了电流所能达到的稳定值，电感对变化电 流的阻碍作用决定了电流表达到稳定值所需的时间. 重难拓展 重难点1通电自感和断电自感的分析与比较 1.对两种自感的分析与比较 卫记方法习 通电自感 断电自感 自感现象的分析方法 1.明确通过电感线圈的 A A 电流的变化情况（增大还是 电路图 减小). R 2.判断自感电动势方向， E S R E 电流增大时（如通电），自感电 A1、A2同规格，R=RL,L 动势方向与电流方向相反；电 器材要求 L很大（有铁芯），RL《RA 较大 流减小时（如断电），自感电动 势方向与电流方向相同. 在开关S断开时，灯A突然闪亮 在S闭合瞬间，A2灯立即 3.分析线圈中电流方向 下后再逐渐熄灭（当抽掉铁芯后， 现象 亮起来，A1灯逐渐变亮，最 情况，电流增大时（如通电）， 重做实验，断开开关S时，会看到 终一样亮 灯A马上熄灭) 由于自感电动势方向与电流 方向相反，阻碍电流增大，电 69 重难点手册高中物理选择性必修第二册)（浙江专用） 续表 流逐渐增大；电流减小时（如 通电自感 断电自感 断电)，由于自感电动势方向 与电流方向相同，阻碍电流减 断开开关S时，流过线圈L的电流 由于开关闭合时，流过电感减小，产生自感电动势，阻碍电流 小，线圈中电流方向不变，电 线圈的电流迅速增大，使线的减小，使电流继续存在一段时 流逐渐减小 圈产生自感电动势，阻碍电间：在S断开后，通过L的电流反 原因 流的增大，使流过A1灯的向通过A灯，且由于R《RA,使 电流比流过A2灯的电流得流过A灯的电流在开关断开瞬 增加得慢 间突然增大，从而使A灯的发光功 率突然变大 能量转 电能转化为磁场能 化情况 磁场能转化为电能 2.通、断电时灯泡亮暗变化情况 与线圈串联的灯泡 与线圈并联的灯泡 电路图 电流突然变大，然后逐渐减小达到 通电时 电流逐渐增大，灯泡逐渐变亮 稳定 电路中稳态电流为I1、I2: 电流逐渐减小， ①若I2≤I1,灯泡逐渐变暗： 断电时 灯泡逐渐变暗， 电流方向不变 ②若I2>11,灯泡闪亮后逐渐变暗. 两种情况灯泡中电流方向均改变 例2如图所示，L1和L2是两个相同的小灯泡，是一个自 感系数相当大的线圈，其电阻与R相同，由于存在自感现象，在开 关S接通和断开时，L1、L2先后亮暗的顺序是( A.接通时，L1先达最亮；断开时，L1后暗 B.接通时，L2先达最亮；断开时，L2后暗 C.接通时，L1先达最亮；断开时，L1先暗 D.接通时，L2先达最亮；断开时，L2先暗 E 解析开关接通瞬间，电路中迅速建立了电场，立即产生电 流，但线圈中产生自感电动势，阻碍电流的增大，故开始时通过灯 泡L1的电流较大，故灯泡L1较亮；电路中自感电动势阻碍电流 的增大，但不能阻止电流增大；由于L是一个自感系数相当大的 线圈，其电阻与R相同，所以电流稳定后，两个灯泡一样亮，即L 灯泡亮度逐渐正常，开关断开瞬间，电路中电流要立即减小为0， 70 第二章 电磁感应么 但线圈中会产生很强的自感电动势，与灯泡L1构成闭合回路放 电，故断开时L1后暗.故A正确，B、C、D错误. [答案A 口02关键能)提升。 题型1对自感现象的理解与分析 B.断开开关K瞬间 例①如图所示电路中，L是一电阻不计 C.接通K后，变阻器滑动触头向右迅速滑动 的电感线圈，a、b为L的左、右两端点，A、B为 D.接通K后，变阻器滑动触头向左迅速滑动 完全相同的灯泡，开关S闭合时，两盏灯泡均 解析开关K接通瞬间，穿过线圈的磁通 发光.某时刻将开关S断开，下列说法正确的 量增加，由楞次定律知在上面线圈中感应出上 是() 正下负的电动势，电子向M板偏转，A错误； 断开开关K瞬间，穿过线圈的磁通量减少，由 楞次定律知在上面线圈中感应出上负下正的 a 电动势，电子向N板偏转，B正确；接通K后， 变阻器滑动触头向右迅速滑动，电阻增大，电 A.a点电势高于b点，A灯立即熄灭 流减小，穿过线圈的磁通量减少，由楞次定律 B.b点电势高于a点，B灯慢慢熄灭 知在上面线圈中感应出上负下正的电动势，电 C.a点电势高于b点，A灯闪亮后慢慢熄灭 子向N板偏转，C正确；接通K后，变阻器滑 D.b点电势高于a点，B灯闪亮后慢慢熄灭 动触头向左迅速滑动，电阻减小，电流增大，穿 解析A、B两灯泡完全相同，线圈电阻不 过线圈的磁通量增加，由楞次定律知在上面线 计，可知闭合S稳定后，流过A、B的电流相等， 圈中感应出上正下负的电动势，电子向M板 某时刻将开关S断开，则线圈的自感电动势阻 偏转，D错误. 碍电流减小，线圈相当于电源，电源外部电流 由高电势流向低电势，电源内部电流由低电势 [答案BC 流向高电势，可知b点电势高于a点，自感电 题型3含容电路自感现象的分析 动势在L、A、B中重新形成回路，使得A、B两 例3(2025·山东烟台三中高二期末)如 灯都慢慢熄灭，但都不会闪亮，故A、C、D错 图所示，A、B是相同的白炽灯，L是自感系数 误，B正确。 很大、电阻可忽略的自感线圈，C是电容很大 答案B 的电容器，下列说法正确的是( 题型2对互感现象的理解与分析 例②（多选）如图所示，一电 子以初速度沿与金属板平行的 方向飞入两板间，在下列哪种情况 下，电子将向N板偏转( 甲 A.开关K接通瞬间 A.图甲中，闭合开关S时，A、B两灯立刻 71 重雕点手册高中物理选择性必修第二册 )(浙江专用) 达到相同的亮度 电路稳定时，电容器相当于断路，电感线圈 B.图甲中，闭合开关S足够长时间后再断 (直流电阻不计时)相当于短路 开，A、B两灯逐渐变暗，同时熄灭 (4)从能量转化角度看，电感线圈将电能 C.图乙中，闭合开关S足够长时间后，A 转化为磁场能，电容器则将电能转化为电场能. 灯发光，B灯不发光 题型4自感现象中的图像问题 D.图乙中，闭合开关S足够长时间后再断 例4(2025·湖北 开，流过B灯中的电流反向并逐渐减小至0 电流传感器 0 武汉三中高二期末)如图 解析图甲中，开关S闭合的瞬间，电源的 Y YY 所示是利用电流传感器 电压同时加到两支路的两端，B灯立即发光.由 (电流传感器相当于电流 E 于线圈的自感阻碍，A灯后发光，且逐渐变亮； 表，其电阻可以忽略不计)研究自感现象的实 由于线圈的电阻忽略不计，则最后两灯一样 验电路，电源的电动势为E,内阻为，自感线 亮，故A错误.断开开关S的瞬间，线圈与两灯 一起构成一个自感回路，流过线圈的电流将要 圈L的自感系数足够大，其直流电阻值大于灯 减小，产生自感电动势，相当于电源，两灯逐渐 泡D的阻值.在t=0时刻闭合开关S,经过一 同时熄灭，故B正确.图乙中，闭合开关S足够 段时间后，在t=t1时刻断开开关，下列图像中 长时间后，因线圈L的直流电阻为0，电路稳定 能正确表示电流传感器记录的电流随时间变 后A被短路熄灭，B变得更亮，稳定在一定亮 化情况的是( 度，故C错误.闭合S足够长时间后再断开，电 容器与B构成回路，电容器要对B放电，放电 电流逐渐减小，但流过B中的电流并没有反 向，故D错误 [答案B 方法总结 含电容电路自感现象的分析方法 对含电容电路自感现象问题的分析，要 D 注意把握如下几点： 解析闭合开关的瞬间，电感的电阻很大， (1)在分析自感现象的问题时，首先要 灯泡中有一定的电流通过，过一段时间，电感 分析线圈在电路中的位置、结构；其次要分 的电阻减小，电感与灯泡并联的两端电压减 析电路中电流的变化，如电流方向变化、电 小，故灯泡中的电流变小，A、B错误；当时间再 流大小突然变化的情况等. 延长，灯泡的电流稳定在某一值上，当断开开 (2)当电路中有电感线圈L时，若电路 关时，电感产生自感电动势，电感中的电流与 中的电流发生变化，电感线圈L的作用总是 原来的电流方向相同，它与灯泡组成的电路 阻碍电流的变化，但电流大小不能突变， 中，感应电流沿逆时针方向，而灯泡中原来的 (3)电路中电流变化时，电容器相当于 电流沿顺时针方向，故灯泡中的电流比稳定时 一个大电阻，电感线圈也相当于一个大电阻. 要小一些，然后电流随自感电动势的减小而慢 72 第二章 电磁惑应客超 慢减小到0，故C错误，D正确. 电流的方向如何.当电流增大时（如通电）， [答案D 自感电动势方向与电流方向相反，阻碍电流 方法总结 增大；当电流减小时（如断电），自感电动势 处理自感现象中图像问题的基本思路 方向与电流方向相同，阻碍电流减小.必须 自感现象中的图像问题，主要是I-t关 注意，断电时自感现象中流过电感线圈的电 系图像.分析问题时，关键是明确通过自感 流是不变的，即其大小、方向都与断电前 线圈的电流是怎样变化的，是增大还是减小， 相同. 03一核心素养聚焦。 考向1自感现象 C.Q闪亮后再熄灭 例1(2023·北京卷)如图所示，L是自 D.P闪亮后再熄灭 感系数很大、电阻很小的线圈，P、Q是两个相 解析由题意知，开始时，开关S闭合，由 同的小灯泡，开始时，开关S处于闭合状态， 于L的电阻很小，Q灯正常发光，P灯微亮，断 P灯微亮，Q灯正常发光，断开开关时( 开开关前通过Q灯的电流远大于通过P灯的 电流，断开开关时，Q所在电路未闭合，立即熄 灭，由于自感，L中产生感应电动势，与P组成 闭合回路，故P灯闪亮后再熄灭。 答案D E AP与Q同时熄灭 命题意图 考查自感现象 核心素养 物理观念 素养水平水平2 B.P比Q先熄灭 73