第4节 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（粤教版）

第四节　互感和自感 【素养目标】　1．了解互感现象及其应用。2．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．了解自感电动势的表达式E＝L，知道自感系数的决定因素。4．了解自感现象中的能量转化。 知识点一　　互感现象 【情境导入】　如图为法拉第实验装置及其原理图。 (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？ 提示：(1)当线圈L1中的电流为恒定电流时，线圈内的磁场不变，则在另一个线圈L2中就不会产生感应电流。 (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。 【教材梳理】(阅读教材P48完成下列填空) 1．互感：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在另一个线圈中激发出了感应电动势的现象。产生的感应电动势叫作互感电动势。 2．应用：互感现象可以把变化的信号从一个线圈传递到另一个线圈，收音机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。有时会影响电路正常工作。 【师生互动】　如图为法拉第实验装置及其原理图，当开关S闭合或断开时，线圈L2中有电流产生，此电流是否可能是由L1线圈流入L2线圈，若不是，能量是如何从L1线圈进入L2线圈的？ 提示：不是，两线圈均与铁环绝缘，通过互感现象，L1线圈中电场能转化为磁场能，磁场能再转化为L2 线圈中的电能。 目前手机的无线充电技术(图甲)已经成熟，其工作过程可简化为图乙所示，A、B两个线圈彼此靠近平行放置，当线圈A接通工作电源时，线圈B中会产生感应电动势，并对与其相连的手机电池充电。下列说法正确的是(　　) A．只要线圈A中输入电流，线圈B中就会产生感应电动势 B．若线圈A中输入变化的电流，线圈B中产生的感应电动势也会发生变化 C．线圈A中输入的电流越大，线圈B中感应电动势越大 D．线圈A中输入的电流变化越快，线圈B中感应电动势越大 答案：D 解析：若在线圈A中输入恒定电流，则线圈A只产生恒定的磁场，线圈B中的磁通量不发生变化，则线圈B中不会产生感应电动势，A错误；若线圈A中输入随时间均匀变化的电流，线圈A产生随时间均匀变化的磁场，根据E＝n可知，线圈B中会产生恒定不变的感应电动势，B错误；若线圈A中电流恒定，无论多大，产生的磁场是恒定的，则线圈B中没有磁通量变化，不会产生感应电动势，C错误；线圈A中电流变化越快，则线圈A中电流产生的磁场变化越快，根据E＝n可知，线圈B中感应电动势也会越大，D正确。 针对练．在同一铁芯上绕着两个线圈，单刀双掷开关原来接在1处，现把它从1扳到2，如图所示，试判断在此过程中，在电阻R上的电流方向是(　　) A．先为P→Q，再为Q →P B．先为Q →P，再为P→Q C．始终为Q→P D．始终为P→Q 答案：C 解析：开关由1扳到2，线圈A中电流产生的磁场由向右变为向左，先减小后反向增加，由楞次定律可得R中电流始终为Q→P，C正确。 学生用书↓第61页 知识点二　自感现象 【情境导入】　图甲为某校的同学们进行“千人震”实验，图乙为其简化的电路图，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同学感觉到被电击，但断开开关S的瞬间，同学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，镇流器与同学们并联，由于干电池的电动势小，所以电流很小，同学们不会感觉到电击；但在断电的瞬间，镇流器的电流迅速减小，瞬间产生高电压，从而使同学们明显感受到电击作用，这属于自感现象。 【教材梳理】(阅读教材P49－P51完成下列填空) 1．自感现象 (1)自感：由于线圈本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。 (2)自感电动势：在自感现象中产生的感应电动势。 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：H。常用的还有毫亨(mH)和微亨(μH)。换算关系是：1 H＝103mH＝106μH。 (3)决定线圈自感系数大小的因素：线圈的形状、长短、匝数以及是否有铁芯等。 【师生互动】 1．按照如图所示的电路图连接电路。 (1)开关S接通时，灯泡1和2的发光情况有什么不同？ (2)根据楞次定律结合电路图分析该现象产生的原因。 提示：(1)灯泡2立即发光，而灯泡1是逐渐亮起来的。 (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，感应电动势会阻碍电流的增加，所以灯泡1慢慢地亮起来。 2．按照如图所示的电路图连接电路。 (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？ (2)开关断开前后，流过灯泡的电流方向相同吗？ 提示：(1)若灯泡的电阻小于线圈L的直流电阻，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。 (2)开关闭合时，灯泡中的电流方向向左，开关断开瞬间，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。 　自感电动势与自感系数的理解 关于线圈中的自感电动势的大小，下列说法正确的是(　　) A．跟通过线圈的电流大小有关 B．跟线圈中的电流变化大小有关 C．跟线圈中的磁通量大小有关 D．跟线圈中的电流变化快慢有关 答案：D 解析：在自感系数一定的情况下，根据自感电动势的公式E＝L可知，通过导体的电流的变化率越大，产生的自感电动势越大，与电流大小及电流变化的大小无关，故A、B错误，D正确；由法拉第电磁感应定律知，线圈中的自感电动势的大小，跟穿过线圈的磁通量大小无关，故C错误。 关于自感系数，下列说法正确的是(　　) A．自感电动势越大，自感系数越大 B．自感系数L由线圈自身的性质决定，与线圈的长短、粗细、匝数、有无铁芯有关 C．其他条件相同，线圈越细，自感系数越大 D．其他条件相同，有铁芯的比没有铁芯的自感系数小 答案：B 解析：电感器的自感系数与线圈的长短、形状、匝数、有无铁芯有关，当线圈的长度越长、单位长度上匝数越多、截面积越大、有铁芯，自感系数越大，而与绕制线圈导线的粗细无关，与自感电动势的大小无关，故B正确，A、C、D错误。 学生用书↓第62页 通电自感 如图所示，电路中电源的内阻不能忽略，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(线圈L的直流电阻较小)(　　) A．A比B先亮，然后A逐渐熄灭 B．B比A先亮，然后B逐渐变暗 C．A、B一起亮，然后A逐渐熄灭 D．A、B一起亮，然后B逐渐熄灭 答案：B 解析：S闭合时，线圈上产生自感电动势，阻碍电流的增大，所以B比A先亮，电路稳定后线圈L的直流电阻较小，故流过B灯支路的电流变小，所以B灯逐渐变暗，故B正确。 　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，导致回路中的电流逐渐减小，A将逐渐变暗，故A正确，B错误；在电路乙中，由于电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，所以通过灯泡的电流比线圈的电流小，断开S时，由于线圈阻碍电流变小，于是原来通过线圈的电流通过灯泡形成新的回路，由于通过灯泡A的电流比原来的大，导致A将变得更亮一下，然后逐渐变暗，故C错误，D正确。 1．自感现象的四大特点 (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。 2．通电自感和断电自感的比较 项目 通电自感 断电自感 自感电路 器材规格 A1、A2灯同规格，调节R＝RL1，L1的自感系数较大 L2的自感系数很大(有铁芯)、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灯逐渐熄灭或闪亮后逐渐熄灭 自感时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灯的电流增大得很慢，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灯熄灭前要闪亮一下；若RL2≥RA，原来的电流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 学生用书↓第63页 3．自感中“闪亮”与“不闪亮”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 电流突然增大，灯泡立刻变亮 断电时 电流逐渐减小，灯泡逐渐变暗，灯泡中电流方向不变 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1．(多选)(2025·东莞市高二阶段练)某同学设计了如图甲所示的电路来对比电感线圈和小灯泡对电路的影响，电路两端电压U恒定，A1、A2为完全相同的电流传感器。某次实验中得到通过两电流传感器的I-t图像如图乙所示，关于该实验，下列说法错误的是(　　) A．该实验演示的是断电自感现象 B．线圈的直流电阻大于灯泡的电阻 C．断开开关后，小灯泡先闪亮一下再逐渐熄灭 D．乙图中的a曲线表示电流传感器A1测得的数据 答案：BD 解析：由图像乙得，从计时开始两条支路都存在电流，分别是I1和I2，断开K后瞬间，L的电流要减小，于是L中产生自感电动势，阻碍自身电流的减小，电流逐渐减小为零；因此本实验是：开关断开，电路中产生了感应电流，演示断电自感现象，A正确，不符合题意；断开开关前后的一小段时间内，通过自感线圈的电流方向是不变的，则自感线圈所在支路的电流如曲线a所示，乙图中的曲线a表示电流传感器A2测得的数据；I1>I2，说明电感的直流电阻是小于灯泡的电阻的；断开开关之前通过线圈的电流大于通过小灯泡的电流，则断开开关后，线圈产生自感电动势阻碍电流减小，线圈相当于电源，由于线圈、电阻和灯泡重新组成回路，则小灯泡先突然变亮再逐渐熄灭，C正确，不符合题意，B、D错误，符合题意。故选B、D。 针对练2．(2023·惠州市高二校考)如图所示，电源的电动势为E、内阻为r，L1、L2为两个相同的灯泡，线圈L的直流电阻不计，与灯泡L1连接的是一只理想二极管D。下列说法中正确的是(　　) A．闭合开关S，稳定后L1、L2亮度相同 B．闭合S的瞬间，L2比L1 先亮 C．断开S的瞬间，L1闪亮一下再逐渐熄灭，L2会立刻熄灭 D．断开S的瞬间，a点的电势比b点高 答案：D 解析：闭合开关S稳定后，因线圈L的直流电阻不计，所以灯L1与二极管被短路，灯泡L1不亮，而L2将更亮，因此L1、L2亮度不同，故A错误；闭合S的瞬间，线圈L一瞬间阻碍电流通过，L1和L2同时亮，故B错误；断电瞬间，L2会立刻熄灭，线圈L与灯泡L1及二极管形成的回路不能形成反向电流，即L1也立即熄灭，而线圈产生感应电动势，a端的电势高于b端，故C错误，D正确。故选D。 1．无线充电是近年发展起来的新技术。如图所示，该技术通过交变磁场在发射线圈和接收线圈间传输能量。内置接收线圈的手机可以直接放在无线充电基座上进行充电，下列关于无线充电的说法正确的是(　　) A．在充电过程中没有电能损失 B．无线充电基座可以用直流电源供电 C．无线充电过程主要利用了电磁感应原理 D．无线充电基座可以对所有手机进行无线充电 答案：C 解析：在充电过程中线圈会产生焦耳热，会有电能损失，故A错误；无线充电基座产生的是交变磁场，所以必须用交流电源供电，故B错误；发射线圈产生的交变磁场使接收线圈中的磁通量发生变化，从而产生感应电动势，所以无线充电过程主要利用了电磁感应原理，故C正确；无线充电基座只能对配备接收线圈的手机进行无线充电，故D错误。 2．(多选)(2025·东莞市东莞中学高二期中)如图所示，线圈L的电阻值与电阻R的阻值相等，两个灯泡A1和A2规格相同。下列说法正确的是(　　) A．在闭合开关K瞬间，A2比A1先亮 B．在闭合开关K瞬间，A1比A2先亮 C．闭合开关K后，最终A2与A1一样亮 D．断开开关K的瞬间，A1比A2先熄灭 答案：BC 解析：闭合开关的瞬间，由于线圈中自感电动势的阻碍，A1灯先亮，A2灯后亮；闭合开关稳定后，自感作用消失，通过A1灯和A2灯的电流相等，两灯亮度相同；断开开关瞬间，A1与A2都会亮一会，然后同时熄灭。故选B、C。 3．在如图所示的电路中，开关S闭合且稳定后流过自感线圈的电流是2 A，流过灯泡D的电流是1 A，现将 学生用书↓第64页 开关S突然断开，能正确反映流过灯泡的电流i在开关S断开前后随时间t变化关系的图像是(　　) 答案：D 解析：开关S断开前，通过灯泡D的电流是稳定的，其值为1 A。开关S断开瞬间，自感线圈的支路由于自感现象会产生与线圈中原电流方向相同的自感电流，使线圈中的电流从2 A逐渐减小，方向不变，且与灯泡D构成闭合回路，通过灯泡D的电流和线圈L中的电流大小相同，也是从2 A逐渐减小到零，但是方向与原来通过灯泡D的电流方向相反，故选D。 4．(粤教版选择性必修第二册P53T3改编)如图所示，电源内阻可忽略不计，A、B、C为三个完全相同的小灯泡，L为自感线圈，自感线圈的电阻可以忽略不计，D为二极管，二极管两极间加上正向电压时，二极管导通，加上反向电压时，二极管截止。二极管的导通和截止，则相当于开关的接通与断开(电流向右通过D为导通状态)。若开关K从闭合状态突然断开时，小灯泡A________，小灯泡B________；若开关K从断开状态突然闭合时，小灯泡B________，小灯泡C________(均选填“逐渐变暗”“逐渐变亮”“立即熄灭”或“立即变亮”)。 答案：立即熄灭　逐渐变暗　逐渐变亮　立即变亮 解析：若开关K从闭合状态突然断开时，由于线圈的自感作用阻碍电流减小，A、B小灯泡、二极管与线圈构成闭合回路中，由于二极管不能导通，电流为零，即小灯泡A立即熄灭，B、C小灯泡与线圈构成闭合回路，小灯泡B的电流逐渐减小，小灯泡B逐渐变暗。若开关K从断开状态突然闭合时，由于线圈的自感作用阻碍电流增大，小灯泡B逐渐变亮。若开关K从断开状态突然闭合时，电源电压瞬间加在小灯泡C上，小灯泡C立即变亮。 学科网（北京）股份有限公司 $