4.互感和自感-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

4.互感和自感 【素养目标】　1.知道互感、自感现象，并能准确地阐述什么是互感、自感现象。2.能用语言和图像等方式描述通电自感和断电自感现象的特征，并能运用楞次定律解释现象产生的原因。3.了解自感电动势，会判断其方向，知道其大小计算式、自感系数以及影响自感系数大小的因素。 知识点一　互感现象 【情境导入】　如图甲是法拉第实验线圈。如图乙是实验示意图，在实验中，两个线圈并没有用导线连接。 (1)当线圈L1中的电流恒定时，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，另一个线圈L2中是否会产生感应电流？其原因是什么？ (3)问题(2)的现象属于什么现象？ 提示：(1)线圈L2中不会产生感应电流。 (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中会产生感应电流，其原因是L2中产生了感应电动势。 (3)互感现象。 【教材梳理】(阅读教材P40完成下列填空) 1.互感现象和互感电动势：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在另一个线圈中产生感应电动势，这种现象叫作互感，这种感应电动势叫作互感电动势。 2.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。变压器就是利用互感现象制成的。 3.危害：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，这时要设法减小电路间的互感。 【师生互动】　针对互感现象，完成下列任务： 任务1.两个线圈相距较近时，可以产生互感现象，相距较远时，还会产生互感现象吗？ 任务2.线圈的磁场越强时，在另一个线圈中产生的互感电动势一定越大吗？互感电动势大小与哪些因素有关？ 学生用书⬇第64页 任务3.在实际生活中，互感现象都是有害的吗？ 提示：任务1.会，但是距离较远时互感较弱，一般可以忽略。 任务2.不一定，互感电动势大小与线圈的匝数、电流的变化率、有无铁芯等有关。 任务3.互感现象有的是有害的，有的是可以利用的。 【探究归纳】 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.影响互感电动势大小的因素：线圈的匝数、电流的变化率、有无铁芯、没有铁芯时两个线圈的距离大小等。 (多选)(2025·河南信阳高二期末)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安装于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 答案：ACD 解析：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。故选ACD。 针对练1.(多选)下列关于互感现象的说法正确的是(　　) A.一个线圈中的电流变化时，与之靠近的另一线圈中产生感应电动势的现象称为互感现象 B.互感现象的实质是电磁感应，同样遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律 C.利用互感现象能够将能量由一个线圈传递到另一个线圈，人们制造了收音机的“磁性天线” D.在电力工程以及电子电路中，互感现象不会影响电路的正常工作 答案：ABC 解析：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，这种现象称为互感现象，A正确；之所以会在另一个线圈中产生感应电动势，是因为变化的电流产生变化的磁场，引起另一个线圈中的磁通量发生变化，发生电磁感应现象，B正确；收音机的“磁性天线”以及变压器均是利用互感现象工作的，也就是利用互感现象将能量由一个线圈传递到另一个线圈，C正确；互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间，有时会影响电路的正常工作，D错误。故选ABC。 针对练2.某同学通过学习电磁感应的相关知识，利用实验室里的线圈自制了一个手机音响，装置如图所示。两个匝数不同的线圈A、B之间没有导线相连，线圈A与手机的音频输出端连接，线圈B与音响连接。为检验该装置是否能正常工作及其播放效果，现将线圈A插入线圈B中，则下列说法正确的是(　　) A.因两线圈A、B之间未用导线连通，所以音响不可能发出声音 B.线圈B中产生变化的电流使音响发声 C.将线圈A、B互换，音响的播放效果不变 D.在线圈A中插入铁芯，音响的播放效果不变 答案：B 解析：该装置采用了电磁感应原理，线圈A中为变化的电流，在线圈B中产生感应电流，为检验音响播放效果，应使音响发出高低不同的声音，所以感应电流是变化的，故A错误，B正确；由于两线圈的匝数不同，所以将两线圈互换，音响的播放效果不同，故C错误；在A线圈中插入铁芯，磁场变强，感应电流变强，音响的播放效果将会更好，故D错误。故选B。 知识点二　自感现象、自感系数和磁场的能量 【情境导入】　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，这是什么原因？属于什么现象？ 提示：当开关闭合后，镇流器与师生们并联，由于一节干电池的电动势小，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，瞬间产生高电压，从而使师生们明显感受到电击作用，这属于自感现象。 学生用书⬇第66页 【教材梳理】(阅读教材P40—P43完成下列填空) 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。这种现象称为自感，由于自感而产生的感应电动势叫作自感电动势。 2.自感系数 (1)自感电动势的大小：E＝L，其中L是线圈的自感系数，简称自感或电感。 (2)单位：亨利，简称亨，符号是H。常用的单位还有毫亨(mH)、微亨(μH)。换算关系是：1 H＝103 mH＝106 μH。 (3)决定线圈自感系数大小的因素：线圈的大小、形状、匝数，以及是否有铁芯等。 3.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，可以看作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。 (2)电的“惯性”：自感电动势有阻碍线圈中电流的变化的“惯性”。 【师生互动】　1.按照如图甲所示电路图连接电路。 任务1.开关S接通时，灯泡1和灯泡2的发光情况有什么不同？ 任务2.根据楞次定律结合电路图分析该现象产生的原因。 提示：任务1.灯泡2立即发光，而灯泡1是逐渐亮起来的。 任务2.接通电源的瞬间，电流增加，线圈L中产生感应电动势。根据楞次定律可知，感应电动势会阻碍电流的增加，所以灯泡1是逐渐亮起来的。 2.按照如图乙所示电路图连接电路。 任务1.若灯泡的电阻小于线圈L的直流电阻，先闭合开关使灯泡发光，稳定后断开开关。观察开关断开时灯泡的亮度变化，并解释原因。若灯泡电阻大于线圈L的直流电阻，灯泡的亮度如何变化？ 任务2.开关断开前后，流过灯泡的电流方向相同吗？ 提示：任务1.灯泡逐渐熄灭。开关断开时，通过线圈L的电流减小，这时会出现感应电动势阻碍线圈L中的电流减小，线圈L中产生与原方向相同的电流，与灯泡构成闭合回路，所以灯泡逐渐熄灭。若灯泡电阻大于线圈L的直流电阻，则灯泡先闪亮一下再逐渐熄灭。 任务2.开关断开前，灯泡中的电流方向向左；开关断开后，灯泡中的电流方向向右，所以开关断开前后，流过灯泡的电流方向相反。 【探究归纳】 通电自感和断电自感的比较 项目 通电自感 断电自感 电路图　 器材 规格 A1、A2两灯规格相同，调节R＝RL1，L1的自感系数较大 L2的自感系数很大(有铁芯)、直流电阻较小 自感 现象 在S闭合瞬间，A2灯立即亮起来，A1灯逐渐变亮，最终两灯一样亮 在开关S断开时，A灯逐渐熄灭或先闪亮一下后逐渐熄灭 学生用书⬇第67页 续表 项目 通电自感 断电自感 流经灯泡 的电流变 化图像 灯泡A1 产生 原因 开关闭合时，流过线圈L1的电流增大，线圈L1产生自感电动势，阻碍电流的增大，流过A1灯的电流逐渐增大，又R＝RL1，最终流过两灯的电流一样大 断开开关S时，流过线圈L2的电流减小，线圈产生自感电动势阻碍电流的减小，使电流继续存在一段时间。在S断开后，通过L2的电流会通过A灯(与原来A灯的电流方向相反)，A灯不会立即熄灭。若RL2＜RA，原来的电流IL2＞IA，则A灯先闪亮一下后逐渐熄灭；若RL2≥RA，原来的电流IL2≤IA，则A灯逐渐熄灭 能量 转化 电能转化为L1中的磁场能 L2中的磁场能转化为电能 通电自感 (2025·江苏苏州高二期中)如图所示，开关S原来断开，电源及线圈、导线电阻均不计，电路中电流大小为I，现在闭合开关S将一个电阻短路，于是线圈中有自感电动势产生，该自感电动势(　　) A.有阻碍电流增大的作用，最后电流小于I B.有阻碍电流增大的作用，最后电流增大到2I C.有阻碍电流减小的作用，最后电流由I减小为零 D.有阻碍电流变化的作用，因而电流保持为I不变 答案：B 解析：由于开关的闭合，使得电路中电流增大，则线圈产生自感电动势，有阻碍电流增大的作用，但只是减缓电流的增大，由于电阻减半，所以最后电流慢慢增大到2I。故选B。 自感现象的四个特点 1.自感电动势总是阻碍线圈中原电流的变化。 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。 4.线圈的自感系数越大，自感现象越明显。自感电动势只是延缓了过程的进行，但它不能使过程停止，更不能使过程反向。 针对练.如图所示，电路中电源内阻不能忽略，电阻R的阻值和线圈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 答案：B 解析：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中电流逐渐增大，A灯逐渐变亮。故选B。 断电自感 (多选)如图所示的电路甲、乙中，电阻R和自感线圈L的电阻都很小，且小于灯泡A的电阻，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则(　　) A.在电路甲中，断开S，A将渐渐变暗 B.在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗 C.在电路乙中，断开S，A将渐渐变暗 D.在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗 答案：AD 解析：在电路甲中，断开S，由于线圈产生自感电动势阻碍电流变小，导致回路中的电流渐渐减小，A将渐渐变暗，故A正确，B错误；在电路乙中，由于电阻R和自感线圈L的电阻都很小，所以通过灯泡的电流比通过线圈的电流小，断开S时，由于线圈阻碍电流变小，且通过灯泡A的电流比原来的大，则导致A将先变得更亮，然后渐渐变暗，故C错误，D正确。故选AD。 自感中灯泡“闪亮”与“不闪亮”问题的分析 — 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 电流突然增大，灯泡立刻变亮，然后逐渐减小达到稳定 学生用书⬇第68页 断电时 电流逐渐减小，灯泡逐渐变暗，灯泡中电流方向不变 电路稳定后电流为I1、I2 ①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗； ②若I2＞I1，灯泡闪亮后逐渐变暗。 两种情况灯泡中电流方向均改变 针对练.(2025·安徽蚌埠高二期末)如图所示，L是自感系数很大的线圈，其直流电阻几乎为零。A和B是两个相同的小灯泡。由此可以判断(　　) A.当开关S由断开变为闭合时，A灯立即亮，B灯不亮 B.当开关S由断开变为闭合时，A灯立即亮，后变得更亮，B灯先亮一下后逐渐熄灭 C.电路稳定后断开开关S时，A和B灯立即熄灭 D.电路稳定后断开开关S时，A灯由熄灭变亮再逐渐熄灭，B灯立即熄灭 答案：B 解析：当开关S由断开变为闭合时，由于线圈L的自感系数很大，所以线圈L支路开始相当于断路，A、B串联，A、B灯一起亮，然后B灯和线圈L并联部分电阻逐渐减小，分压逐渐变小，最终B灯被短路，所以B灯先亮一下后逐渐熄灭，A灯所分电压变大，则A灯变得更亮，故A错误，B正确；电路稳定后断开开关S时，B灯和线圈L组成闭合回路，由于线圈L的自感电动势阻碍电流减小，所以B灯由熄灭变亮再逐渐熄灭，A灯立即熄灭，故C、D错误。故选B。 自感现象中的图像问题 在如图所示的电路中，两个完全相同的小灯泡L1和L2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待电路稳定后，调整R的滑片使L1和L2亮度一样，此时通过两个灯泡的电流均为I。在之后的t0时刻断开S，则在如图所示的图像中，能正确反映t0前后的一小段时间内通过L1的电流i1和通过L2的电流i2随时间t变化关系的是(　　) 答案：A 解析：当开关断开瞬间，通过电感线圈的电流减小，根据楞次定律可知，感应电流的方向与原电流方向相同，如图所示。随着原电流的减小，感应电流也逐渐减小，所以通过小灯泡L1的电流方向不变且逐渐减小，故A正确，B错误；断开开关后感应电流通过小灯泡L2的方向与原电流方向相反，电流逐渐减小，故C、D错误。故选A。 自感现象中i -t图像的处理技巧 学科网（北京）股份有限公司 $