第2章 第4节 自 感-【优学精讲】2026-2027学年高中物理选择性必修二同步教参（教科版·新教材）

第4节　自　感 　 1．了解自感现象，认识自感电动势对电路中电流的影响。　2.了解自感系数的意义和决定因素。 3．了解生产和生活中的自感现象。 一、自感现象 1．定义：由于导体线圈本身的电流发生变化而引起的电磁感应现象，叫作自感，在自感现象中产生的电动势叫作自感电动势。 2．自感现象中的能量转化 闭合开关开始通电的过程中，通过线圈支路的电流激发了磁场，一部分电能转化为磁场能储存在线圈的磁场中。断开开关后，磁场能又转化为电能，通过灯泡释放出来，转化为热和光消耗掉。 二、自感系数 1．定义：自感电动势跟穿过线圈的磁通量的变化率成正比，在自感现象中磁通量的变化率又跟线圈中的电流的变化率成正比，即EL＝L，式中的比例系数L叫作线圈的自感系数，简称自感或电感。 2．自感系数的单位是亨利，简称亨，符号是H。 3．影响因素：自感系数是由线圈本身决定的，跟线圈的形状、直径、匝数等因素有关。横截面积越大，匝数越多，它的自感系数越大。另外有铁芯时线圈的自感系数比没有铁芯时要大得多。 三、自感现象的应用——日光灯 1．日光灯的组成：灯管、镇流器、启动器、导线和开关组成，如图所示。 2．工作原理：灯管中有微量惰性气体和稀薄的汞蒸气，管内壁上涂有荧光粉。在高压激发下，气体导电时发出紫外线，荧光粉受紫外线照射发出可见光。闭合开关时，启动器内氖气放电产生辉光放热，使动、静触片接触，把电路接通，后又自动断开，由于镇流器的自感，形成一个瞬时高压，加在灯管两端，使灯管中气体放电，日光灯被点亮。点亮后，镇流器又起着降压限流的作用，保证日光灯的正常工作。 (1)自感现象中感应电流的方向一定与引起自感的原电流的方向相反。(　　) (2)线圈的自感系数大，其电阻不一定大。(　　) (3)自感系数越大，自感电动势不一定越大。(　　) (4)镇流器为日光灯的点亮提供瞬时高电压。(　　) (5)镇流器维持灯管两端电压高于电源电压，使灯管正常工作。(　　) 提示：(1)×　(2)√　(3)√　(4)√　(5)× 知识点一　对自感现象的理解 　 (1)如图甲所示，先闭合S，调节R2使A1、A2的亮度相同，再调节R1，使A1、A2都正常发光，然后断开S。再次闭合S，观察到什么现象？为什么有这样的现象？ (2)如图乙所示，L为自感系数较大的线圈，其直流电阻比灯泡的电阻小，先闭合开关使灯泡发光，然后断开开关。观察到什么现象？为什么有这样的现象？ [提示]　(1)现象：灯泡A2立即发光，灯泡A1逐渐亮起来。原因：电路接通时，电流由0开始增加，穿过线圈L的磁通量逐渐增加，为了阻碍磁通量的增加，感应电流产生的磁通量与原来电流产生的磁通量方向相反，则线圈中感应电动势的方向与原来的电流方向相反，阻碍了L中电流的增加，即推迟了电流达到稳定值的时间。 (2)现象：灯泡A闪亮一下再熄灭。原因：因自感线圈的电阻小于与之并联的灯泡的电阻，则灯泡断电后自感线圈中产生的感应电流比开关断开前流过灯泡的电流大，即灯泡闪亮一下再熄灭。 1．对自感现象的理解：自感现象是一种电磁感应现象，遵从法拉第电磁感应定律和楞次定律。 2．对自感电动势的理解 (1)产生原因：通过线圈的电流发生变化，导致穿过线圈的磁通量发生变化，因而在原线圈上产生感应电动势。 (2)自感电动势的方向：当原电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反；当原电流减小时，自感电动势的方向与原电流方向相同(即增反减同)。 (3)自感电动势的作用：阻碍原电流的变化，而不是阻止，原电流仍在变化，只是使原电流的变化变慢。 3．对自感线圈阻碍作用的理解 (1)若电路中的电流正在改变，自感线圈产生自感电动势阻碍电路中电流的变化，使得通过自感线圈的电流不能突变。 (2)若电路中的电流是稳定的，自感线圈相当于一段导线，其阻碍作用是由绕制线圈的导线的电阻引起的。 4．自感现象的分析思路 (1)明确通过自感线圈的电流的变化情况(增大或减小)。 (2)根据“增反减同”，判断自感电动势的方向。 (3)阻碍结果分析：电源供给线圈的电流增大时，由于自感电动势的阻碍作用，使得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；断电瞬间，线圈中电流的大小，方向都不变，电流减小，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。 　如图所示，L是自感系数很大的线圈，其直流电阻几乎为0，A和B是两个相同的小灯泡。闭合开关，待电路稳定后，灯泡A恰能正常发光，则(　　) A.闭合开关，灯泡A、B均逐渐变亮 B．闭合开关，灯泡A立即变亮，灯泡B逐渐变亮　 C．断开开关，灯泡A会闪亮一下再逐渐熄灭 D．断开开关，灯泡B不可能被烧坏 [解析]　闭合开关，电流可以迅速通过灯泡A和灯泡B，故灯泡A、B均立即变亮，之后随着线圈自感电动势阻碍作用的减弱，其电流逐渐增大，稳定时相当于导线，把灯泡B短路，故灯泡B变亮后逐渐熄灭，A、B错误；断开开关，线圈的自感电动势相当于电源，通过灯泡B形成回路，故灯泡B会闪亮一下再逐渐熄灭，而灯泡A直接熄灭，C错误；由题可知，断电瞬间，通过灯泡B的电流不会大于灯泡B的额定电流，故断开开关，灯泡B不可能被烧坏，D正确。 [答案]　D 　(2026·广东广州市期中)如图所示，线圈的自感系数为L，电容器的电容为C，电源电动势为E，A1、A2和A3是三个相同的小灯泡。开始时，开关S处于断开状态。忽略线圈电阻和电源内阻，将开关S闭合，下列说法正确的是(　　) A．闭合瞬间，A1和A3同时亮起 B．闭合后，A2亮起后亮度不变 C．稳定后，A1和A3亮度一样 D．稳定后，A2和A3亮度一样 [解析]　闭合开关瞬间，电容器相当于通路，线圈产生自感电动势，阻碍电流增大，所以A1和A2同时亮起，A3逐渐变亮，故A错误；闭合开关后，电容器充电，充电完成后相当于断路，所以A2亮起后熄灭，稳定后，电容器相当于断路，线圈相当于导线，A1和A3串联，所以A1、A3一样亮，故B、D错误，C正确。 [答案]　C 　如图所示，小明做自感现象实验时，连接电路如图所示，其中L是自感系数较大、直流电阻不计的线圈，L1、L2是规格相同的灯泡，D是理想二极管，则(　　) A.闭合开关S，L2逐渐变亮，然后亮度不变 B．闭合开关S，L1、L2都逐渐变亮，最后亮度相同 C．闭合开关S，待电路稳定后，断开开关S，L2一直不亮，L1逐渐变暗至熄灭 D．闭合开关S，待电路稳定后，断开开关S，L2变亮后与L1一起逐渐变暗至熄灭 [解析]　闭合开关S后，由于L1与线圈L的关系是串联的关系，开始时L对电流的增大有阻碍作用，所以电流只能逐渐增大，则灯L1逐渐变亮，题图中二极管反接，其所在支路中没有电流，所以灯泡L2始终不亮，故A、B错误；断开S的瞬间，线圈L产生自感电动势阻碍电流的减小，此时线圈左端的电势低于右端电势，同时二极管左端的电势也低于右端电势，二极管导通，线圈L与二极管以及L1、L2构成回路，所以L1逐渐变暗至熄灭，L2变亮后再与L1一起逐渐变暗至熄灭，故C错误，D正确。 [答案]　D 　 自感中“闪亮”与“不闪亮”问题 项目 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突然增大，灯泡立刻变亮，然后电流I2逐渐增大，I1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 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 知识点二　自感现象中的图像问题 　如图所示的电路中，S闭合且电路稳定后流过电感线圈L的电流是2 A，流过灯泡D的电流是1 A。现将S突然断开，S断开前后，能正确反映流过灯泡的电流i随时间t变化关系的图像是(　　) [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，自感线圈的自感现象会使线圈L所在支路产生与线圈L中原电流方向相同的自感电动势，使线圈中的电流从原来的2 A逐渐减小，方向不变，且同灯泡D构成回路，通过灯泡D的电流和线圈L中的电流相同，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，D正确。 [答案]　D 　(2025·重庆一中期末)如图所示的电路中，电源电动势为E，线圈自感系数为L，电路中的总电阻为R。闭合开关S，电路中电流I遵循规律E－RI＝L，其I-t图像可能正确的是(　　) [解析]　由于电路中电流 I 遵循规律E－RI＝L，由自感规律可知，线圈产生的自感电动势阻碍电流的增大，使电流的增大速度变慢，电路稳定后自感现象消失，故I-t 图线的斜率逐渐减小直至斜率为0。 [答案]　B 　图甲所示的是研究自感现象的电路图，其中灯泡的电阻R1＝3.0 Ω，定值电阻R＝1.0 Ω，A、B间电压U＝6.0 V。闭合S，电路处于稳定状态；t＝1.0×10-3 s时断开S，通过线圈L的电流随时间变化的i-t图线如图乙所示。下列说法正确的是(　　) A．线圈L的直流电阻为4 Ω B．断开开关瞬间，通过灯泡的电流方向向左 C．断开开关时，可以观察到灯泡闪一下再灭 D．通过电阻R的电荷量约为2.25×10-3 C [解析]　断开开关前，通过线圈的电流为1.5 A，则线圈所在支路的总电阻R支＝RL＋R＝＝ Ω＝4 Ω，线圈的直流电阻RL＝R支－R＝3 Ω，故A错误；断开开关前，通过线圈的电流方向向右，断开开关瞬间，线圈产生的感应电流方向向右，则通过灯泡的电流方向向左，故B正确；断开开关前通过灯泡的电流I1＝＝ A＝2 A，由题图乙可知，断开开关后，通过灯泡的电流从1.5 A逐渐减小到零，灯泡不会闪亮，而是逐渐变暗最后熄灭，故C错误；由于q＝It，故可由题图乙得，通过电阻R的电荷量等于i-t图像与时间轴所围的面积，大小约为q＝29×0.1×0.2×10-3 C＝5.8×10-4 C，故D错误。 [答案]　B 　 自感现象中I-t图像的处理技巧 1．(对自感现象的理解)如图所示电路中，L为自感系数很大的电感线圈，其直流电阻不计，A、B为两相同灯泡，则下列说法正确的是(　　) A．合上S的瞬间，B先亮，A后亮 B．合上S的瞬间，A先亮，B后亮 C．合上S后，A逐渐变得更亮，B逐渐变暗直至熄灭 D．断开S时，A、B灯均闪亮后逐渐熄灭 解析：选C。闭合S时，电源的电压同时加到两灯上，A、B同时亮；随着L中电流增大，由于线圈L直流电阻可忽略不计，分流作用增大，B逐渐被短路直到熄灭，外电路总电阻减小，总电流增大，A灯变得更亮，A、B错误，C正确；断开S，A立即熄灭，线圈L中电流减小，产生自感电动势，感应电流流过B灯，B闪亮一下后熄灭，D错误。 2．(对自感现象的理解)(多选)(2025·新疆乌鲁木齐市期中)演示自感现象的实验电路图如图所示，线圈的自感系数较大，且使滑动变阻器R1接入电路中的阻值大于线圈直流电阻，A1、A2为两个完全相同的灯泡，下列判断正确的是(　　) A.接通开关S，灯A1、A2立即变亮 B．接通开关S，灯A1逐渐变亮，灯A2立即变亮 C．接通开关S，待电路稳定后断开开关S，灯A1、A2逐渐熄灭 D．接通开关S，待电路稳定后断开开关S，灯A1逐渐熄灭，灯A2闪一下后逐渐熄灭 解析：选BD。接通开关S瞬间，灯A2立即变亮，而线圈L产生自感电动势，根据楞次定律可知，自感电动势阻碍电流的增大，使得该支路中电流逐渐增大，所以闭合开关的瞬间，灯A1逐渐变亮，故A错误，B正确；接通开关S，待电路稳定后断开开关S，原来通过灯A2的电流立即消失，线圈L产生自感电动势，相当于电源，两灯串联，由于滑动变阻器接入电路中的阻值大于线圈直流电阻，原来电路稳定后通过灯A1的电流大于通过灯A2的电流，故灯A1逐渐熄灭，灯A2闪一下后逐渐熄灭，故C错误，D正确。 3．(自感系数)关于某一线圈的自感系数，下列说法正确的是(　　) A．线圈中电流变化越大，线圈的自感系数越大 B．线圈中电流变化得越快，线圈的自感系数越大 C.若线圈中通入恒定电流，线圈自感系数为0 D．不管电流如何变化，线圈的自感系数不变 解析：选D。自感系数只与线圈本身有关，而与其他因素无关，则线圈中通入的电流、电流改变量、电流变化率等都不会影响其自感系数，故D正确。 4．(自感现象中的图像问题)某同学利用如图所示电路研究自感现象。A1和A2是两个完全相同的电流传感器，L为直流电阻RL很小的自感线圈，R为滑动变阻器(接入阻值R′＞RL)，E为电源(内阻不可忽略)。在t1时刻闭合开关，t2时刻断开开关，电流传感器A2中电流随时间变化的图像可能正确的是(　　) 解析：选A。闭合开关瞬间，A2有电流通过，而由于自感线圈L的自感作用，通过A1的电流逐渐增大，所以电路稳定后，通过A2的电流会变小；由于R′＞RL，可知通过A1的电流I1大于通过A2的电流I2；当断开开关，由于电感阻碍自身电流变化，通过A1的电流将逐渐减小，产生的感应电流流过A2，方向与原来相反，大小从I1逐渐减小最后为零，故A符合题意。 学科网（北京）股份有限公司 $