第2章 第4节 互感和自感（Word教参）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（人教版）

第4节　互感和自感(强基课——逐点理清物理观念) 课标要求 学习目标 1.通过实验,了解自感现象。 2.能举例说明自感现象在生产生活中的应用。 1.了解互感现象及其应用。 2.了解自感现象,能够通过电磁感应的规律分析通电、断电自感现象的成因。 3.了解自感电动势的表达式,知道自感系数的决定因素,了解自感现象中的能量转化。 逐点清(一)　互感现象 [多维度理解] 1.互感现象:两个线圈之间没有导线相连,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的现象。 2.互感电动势:互感现象中产生的感应电动势。 3.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。 4.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。 [全方位练明] 1.判断下列说法是否正确。 (1)两线圈相距较近时,可以产生互感现象;相距较远时,不产生互感现象。 (×) (2)在实际生活中,有的互感现象是有害的,有的互感现象可以利用。 (√) (3)只有闭合的回路才能产生互感。 (×) 2.(2025·浙江舟山期末)智能手表通常采用无线充电方式。如图所示,充电基座与电源相连,将智能手表压在基座上,无需导线连接,手表便可以充电。已知充电基座与手表都内置了线圈,则 (　　) A.无线充电的原理是互感 B.充电时因无导线连接,所以传输能量没有损失 C.若用塑料薄膜将充电基座包裹起来,则不能给手表充电 D.充电时,基座线圈的磁场对手表线圈中的电子施加力的作用,驱使电子运动 解析:选A　无线充电的原理是基座内的线圈中的电流变化,产生变化的磁场,导致手表内部线圈中的磁通量发生改变,线圈产生感应电流,原理是互感,故A正确;充电时存在漏磁,所以传输能量时有损失,故B错误;无线充电利用的是互感原理,因此用塑料薄膜将充电基座包裹起来,仍能为手表充电,故C错误;根据上述分析可知,基座线圈的磁场变化产生感应电场,手表线圈中的电子在感生电场的作用下做定向运动,形成电流, 故D错误。 3.(2025·浙江台州期末)如图甲所示为手机无线充电工作原理图,现将手机放置在无线充电装置上,送电线圈接入如图乙所示的交变电流,下列说法正确的是 (　　) A.t=时,cd端电压最小 B.t=时,送电线圈和受电线圈相互吸引 C.仅增大两线圈间的距离,cd端电压的频率变小 D.仅增大两线圈间的距离,cd端电压变小 解析:选D　t=时,送电线圈的电流变化率最大,则受电线圈内磁通量变化率最大,cd端电压最大,故A错误;t=时,送电线圈中的电流为零,磁感应强度为零,送电线圈和受电线圈之间没有作用力,不会相互吸引,故B错误;仅增大送电线圈和受电线圈的间距,不会改变cd端电压的频率,故C错误;增大送电线圈和受电线圈的间距,由于漏磁的现象,导致穿过受电线圈的磁通量变小,在匝数和线圈直径不变的情况下,cd端电压变小,故D正确。 逐点清(二)　自感现象 [多维度理解] 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,由于自感而产生的感应电动势叫作自感电动势。 2.通电自感和断电自感 电路 现象 自感电动 势的作用 通电 自感 接通电源的瞬间,灯泡A1较慢地亮起来 阻碍电流的增加 断电 自感 断开开关的瞬间,灯泡A逐渐变暗。有时灯泡A会闪亮一下,然后逐渐变暗 阻碍电流的减小 3.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)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。 4.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,然后逐渐减小达到稳定 断电时 电流逐渐减小,灯泡逐渐变暗,灯泡中电流方向不变 设电路中稳态电流为I1、I2 ①若I2≤I1,灯泡逐渐变暗;②若I2>I1,灯泡闪亮后逐渐变暗。两种情况灯泡中电流方向均改变 　　 [典例]　(2025·辽宁锦州阶段练习)(多选)如图所示电路中,A、B为完全相同的灯泡,电阻为R。自感线圈L的直流电阻也 为R,a、b为L的左、右端点,电源电动势为E、内阻不计。下列说法正确的是 (　　) A.闭合开关S,灯泡A缓慢变亮,灯泡B瞬间变亮 B.闭合开关S,当电路稳定后,灯泡A、B一样亮 C.闭合开关S,电路稳定后再断开开关S,灯泡A闪亮后缓慢熄灭 D.闭合开关S,电路稳定后再断开开关S的瞬间,b点电势高于a点电势 [解析]　闭合开关S,灯泡B瞬间变亮,灯泡A与自感线圈L串联,缓慢变亮,故A正确;闭合开关S,当电路稳定后,灯泡A所在支路电阻较大,电流较小,所以灯泡A比灯泡B暗一些,故B错误;闭合开关S,电路稳定后再断开开关S,自感线圈L、灯泡A和灯泡B构成回路,灯泡A缓慢熄灭,不会闪亮,故C错误;闭合开关S,电路稳定后再断开开关S的瞬间,自感线圈L产生感应电动势,b点电势高于a点电势,故D正确。 [答案]　AD [全方位练明] 1.判断下列说法是否正确。 (1)在通电自感现象中,感应电动势起到阻碍电流增大的作用。 (√) (2)在断电自感现象中,感应电动势起到阻碍电流减小的作用。 (√) 2.(2023·北京高考)如图所示,L是自感系数很大、电阻很小的线圈,P、Q是两个相同的小灯泡,开始时,开关S处于闭合状态,P灯微亮,Q灯正常发光,断开开关 (　　) A.P与Q同时熄灭　　　 B.P比Q先熄灭 C.Q闪亮后再熄灭 D.P闪亮后再熄灭 解析:选D　由题知,开关S闭合后,由于线圈L的电阻很小,Q灯正常发光,P灯微亮,断开开关前通过Q灯的电流远大于通过P灯的电流,通过线圈L的电流大于通过P灯的电流;断开开关时,Q灯所在电路未闭合,立即熄灭,由于自感现象,线圈L中产生感应电动势,与P灯组成闭合回路,故P灯闪亮后再熄灭。 3.在如图所示的电路中,两个相同的小灯泡A1和A2分别串联一个带铁芯的线圈L和一个滑动变阻器R。闭合开关S后,调整R,使A1和A2发光的亮度一样,此时流过两个灯泡的电流均为I。然后,断开开关S,若t'时刻再闭合开关S,则在t'前后的一小段时间内,选项图中正确反映流过A1的电流i1、流过A2的电流i2随时间t变化的图像是 (　　) 解析:选B　由题中给出的电路可知,电路是线圈L与A1串联,A2与滑动变阻器R串联,然后两个支路并联。在t'时刻,A1支路中的电流因为线圈L的自感作用,所以i1由0逐渐增大。A2支路为纯电阻电路,i2不存在逐渐增大的过程,若不计电池的内阻,则i2不变;若考虑电池的内阻,i2会略有减小,B正确。 逐点清(三)　自感系数　磁场的能量 [多维度理解] 1.自感系数 (1)自感电动势的大小:E=L,式中L是线圈的自感系数,简称自感或电感。 (2)单位:亨利,符号:H。常用的还有毫亨(mH)和微亨(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。 2.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,其中的磁场也是从无到有,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)电能“惯性”:自感电动势有阻碍线圈中电流变化的“惯性”。 [全方位练明] 1.关于线圈的自感系数,下列说法正确的是 (　　) A.线圈的自感系数越大,自感电动势一定越大 B.线圈中电流等于零时,自感系数也等于零 C.线圈中电流变化越快,自感系数越大 D.线圈的自感系数由线圈本身的因素决定 解析:选D　自感系数是线圈本身的固有属性,取决于线圈的形状、横截面积、长短、匝数等因素,而与电流变化快慢等外部因素无关。自感电动势的大小与线圈自感系数及电流变化率有关,A、B、C错误,D正确。 2.(多选)如图所示,电池的电动势为E、内阻不计,线圈自感系数较大、直流电阻不计。当开关S闭合后,下列说法正确的是 (　　) A.a、b间电压逐渐增加,最后等于E B.b、c间电压逐渐增加,最后等于E C.a、c间电压逐渐增加,最后等于E D.电路中电流逐渐增加,最后等于 解析:选BD　由于线圈自感系数较大,在开关闭合瞬间,a、b间近似断路,所以a、b间电压很大,随着电流的增加,a、b间电压减小,b、c间电压增大,最后稳定后,a、b间电压为零,b、c间电压等于E,电流大小为I=,a、c间电压恒等于E,B、D正确,A、C错误。 3.在自感系数为100 mH的线圈中,通入如图中所示规律变化的电流。求在每个变化阶段线圈中自感电动势的大小,并说明前4 s和第5 s内电动势的方向有何关系。 解析:根据自感电动势E=L可知,前4 s内电动势大小E1=L=2.5×10-4 V 第5 s内电动势大小E2=L=1×10-3 V 前4 s内电流增大,第5 s内电流减小,根据楞次定律可知,前4 s和第5 s内电动势的方向相反。 答案:2.5×10-4 V　1×10-3 V　相反 学科网（北京）股份有限公司 $