2.4 互感和自感 重难突破讲义-2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

2.4　互感和自感　【重难突破】 人教版（2019）选择性必修第二册 · 第二章 电磁感应 2.4　互感和自感 【重难突破】 人教版（2019）选择性必修第二册　第二章　电磁感应 建议用时：45 分钟 题量：30 题 难度：★★★★☆ 版本：解析版 ▎学习目标 1．知道互感现象，能说明互感电动势的产生原因，了解互感在变压器、感应圈等设备中的应用，以及电路布线中互感干扰的防止。 2．知道自感现象，理解自感电动势总是阻碍线圈自身电流的变化，能用楞次定律分析通电、断电自感中灯泡的亮暗变化。 3．理解自感系数（电感）的物理意义、单位亨利及其决定因素，能写出自感电动势公式并进行定性分析，知道通电线圈储存磁场能。 4．了解自感在日光灯镇流器、延时继电器中的应用和双线绕法等防止措施，在真实情境中解释互感与自感现象，提升模型建构与科学推理素养。 ▎课标与考情 【课标要求】通过实验了解互感、自感现象，能运用电磁感应规律解释相关现象；了解自感系数和磁场能，以及互感、自感在生产生活中的应用与危害防止。 【考情分析】高考常以选择题结合变压器、点火线圈、镇流器、延时继电器等生活与科技情境，考查自感电动势方向、灯泡闪亮判断及能量转化；以定性分析和现象辨析为主，难度中等。 ▎思维导图 2.4 互感和自感 互感 定义：两线圈无导线相连，一电流变化在另一线圈产生互感电动势 本质：电磁感应，遵循法拉第、楞次，能量/信号经磁场传递 应用：变压器、感应圈、收音机磁性天线 防止：增大间距、金属屏蔽、合理布线 自感 定义：自身电流变化在自身激发自感电动势 方向：阻碍电流变化，增反减同 通电：串线圈灯泡渐亮，稳定后自感消失 断电：线圈与灯泡闭合渐灭，IL>IA 先闪亮 自感系数与磁场能 公式：E=L|ΔI/Δt|，单位亨利 H 决定因素：匝数、截面、长度、铁芯，与电流无关 磁场能：通电线圈储能，断电供灯发光 应用/防止：镇流器、延时继电器；双线绕法 考向一　互感现象及其应用 本考向围绕互感现象展开，关键是理解一个线圈电流变化时产生的变化磁场会在另一线圈中产生互感电动势，掌握变压器、感应圈等应用及互感干扰的防止。 ▎知识梳理 1．互感的定义：两个线圈之间并没有导线相连，当一个线圈中的电流发生变化时，它产生的变化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．互感的本质：互感本质上是一种电磁感应现象，遵循法拉第电磁感应定律和楞次定律；通过互感，能量或信号可以借助磁场从一个线圈传递到另一个线圈，而不需要两线圈直接接触。 3．互感的应用： （1）变压器：利用原、副线圈间的互感实现能量传递和电压变换，是互感现象最重要的应用； （2）感应圈：通过匝数悬殊的两个线圈间的互感获得很高的互感电动势，产生电火花，用于煤气灶点火器、汽车发动机点火装置； （3）收音机磁性天线：两个线圈互感耦合，把接收到的信号传递到下一级电路。 4．互感的危害与防止：输电线中变化的电流会通过互感在邻近的通信线、弱电线路中产生干扰电动势，影响信号传输；通常采用增大线路间距、金属屏蔽层和合理布线等方法减小互感干扰。 图1　两线圈通过铁芯耦合的互感现象示意 ▎重难诠释 1．互感发生在两个线圈之间，不要求两线圈发生相对运动，只要求其中一个线圈的电流发生变化。 2．互感电动势的大小与原线圈电流的变化率、两线圈的匝数和耦合程度（有无铁芯、相对位置）有关：电流变化越快、匝数越多、耦合越紧，互感电动势越大。 ▎生活·科技实例：电力变压器 变压器是互感现象最重要的应用：发电厂发出的电能经升压变压器升高电压后远距离输送，以减小线路上的电流和能量损耗，到用电地区再经降压变压器逐级降低电压供用户使用。原、副线圈绕在同一闭合铁芯上，彼此没有导线相连，当原线圈通入交变电流时，铁芯中产生变化的磁通量，在副线圈中感应出互感电动势，从而实现能量传递和电压变换。 图2　油浸式电力变压器，利用原、副线圈间的互感变压传能 ▎生活·科技实例：感应圈（汽车点火线圈） 感应圈是互感在点火装置中的应用：初级线圈匝数较少，经断续器接低压电源，断续器使初级电流反复通断、迅速变化；次级线圈匝数很多，变化的磁场在其中感应出很高的互感电动势，使高压端产生电火花，从而点燃煤气灶或汽车发动机气缸内的混合气。手机无线充电、漏电保护器也利用了互感原理。 图3　开磁路点火线圈结构，初级、次级线圈借互感获得高压 ◆ 考点专练（第 1～5 题） 1．（电磁感应现象·拔高练习）如图所示，线圈Ⅰ与电源、开关、滑动变阻器相连，线圈Ⅱ与电流计G相连，线圈Ⅰ与线圈Ⅱ绕在同一个铁芯上，以下说法错误的是（     ） A．开关闭合或断开的瞬间，电流计G指针均会偏转 B．开关闭合一段时间后，保持滑动变阻器阻值不变，电流计G指针不会偏转 C．开关闭合一段时间后，来回移动变阻器滑动端，电流计G指针会偏转 D．因为线圈Ⅱ所在的回路中没有电源，所以电流计G指针始终不会偏转 【答案】D 【详解】A．开关闭合或断开的瞬间，线圈I中的电流发生变化，线圈II中的磁通量随之变化，产生感应电流，电流计指针会偏转，故A正确； B．开关闭合一段时间后，若保持滑动变阻器阻值不变，线圈I中的电流稳定，线圈II中的磁通量不变，不产生感应电流，电流计指针不会偏转，故B正确； C．开关闭合一段时间后，来回移动滑动变阻器滑动端，线圈I中的电流发生变化，线圈II中的磁通量随之变化，产生感应电流，电流计指针会偏转，故C正确； D．线圈II所在回路中虽然没有电源，但线圈I中电流变化引起的磁通量变化会在线圈II中产生感应电动势，闭合回路中形成感应电流，电流计指针也会偏转，故D错误。 本题选择错误的，故选D。 2．（2026·江苏泰州·模拟）如图所示为家庭电路的触电保护装置，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成。当右侧线圈L2中产生电流时，电流经放大器放大后能使电磁铁吸起铁质开关K，从而切断家庭电路。下列说法正确的是（　　） A．家庭电路正常工作时，中的磁通量不为零 B．家庭电路中的功率增大时，中的磁通量增大 C．家庭电路发生短路时，开关会被电磁铁吸起 D．站在地上的人接触火线时，开关将被电磁铁吸起 【答案】D 【详解】A．家庭电路正常工作时，火线和零线中的电流等大、方向相反，二者在铁芯中产生的磁场相互抵消，铁芯中的合磁通量为零，故A错误； B．家庭电路的功率增大时，火线和零线中的电流仍等大、方向相反，通过线圈的磁通量仍为零，不会增大，故B错误； C．家庭电路发生火线与零线短路时，两线中的电流仍等大、方向相反，不会使线圈中产生感应电流，开关不会被吸起，故C错误； D．站在地上的人接触火线时，部分电流经人体流入大地，火线与零线中的电流不再相等，铁芯中的磁通量发生变化，使线圈中产生感应电流，电磁铁吸起开关，故D正确。 故选D。 3．（25-26高二下·重庆大足中学·期中）在汽车的防抱死系统（ABS）中，有一个关键的电磁感应装置。如图所示当汽车在紧急制动时，车轮的运动状态会发生变化，杆代表车轮上的一个特殊部件，杆所在电路连接着控制单元。当杆沿轨道运动时，杆中的电流方向由向，技术人员可以根据这个电流信号，判断车轮的运动情况，进而通过控制系统调整制动力，则杆的运动可能是（　　） A．向左减速运动 B．向右减速运动 C．向右匀速运动 D．向左匀速运动 【答案】B 【详解】A．若杆向左运动，由右手定则，感应电动势方向从指向，线圈内磁场方向向下，当杆减速时，感应电动势减小，中电流减小，从而铁芯中的磁通量减小。根据楞次定律，中产生的感应电流将阻碍磁通量的减小，则线圈内磁场方向向下，故杆中的电流方向由向，故A错误； B．若杆向右运动，感应电动势方向从指向，线圈内磁场方向向上，当杆减速时，中电流减小，铁芯中的磁通量减小。根据楞次定律，线圈内磁场方向向上，故杆中的电流方向由向，故B正确； CD．若杆匀速运动，则产生的感应电流恒定，中磁场恒定，则的磁通量不变，因此中无感应电动势，杆中无电流，故CD错误； 故选B。 4．（25-26高二下·广西河池·阶段性测试）（多选）如图是一款无线充电手机的充电原理图。送电线圈接电源，受电线圈接手机电池，则（     ） A．若给送电线圈输入恒定电流，则受电线圈中将产生恒定电流 B．只有当给送电线圈输入随时间变化的电流时，受电线圈中才会产生电流 C．当送电线圈产生的磁场向上且逐渐变小时，受电线圈将产生方向向下的感应磁场 D．当送电线圈产生的磁场向上且逐渐变大时，受电线圈中感应电流为顺时针方向（俯视） 【答案】BD 【详解】A．若给送电线圈输入恒定电流，会产生恒定磁场，穿过受电线圈的磁通量不发生变化，因此受电线圈中没有感应电流，故A错误； B．感应电流产生的条件是穿过闭合线圈的磁通量发生变化，故只有送电线圈输入随时间变化的电流，才能产生变化的磁场，使受电线圈磁通量变化，从而产生感应电流，故B正确； C．当送电线圈产生的磁场向上且逐渐变小时，则向上的磁通量减小，根据楞次定律，感应磁场会阻碍磁通量减小，因此感应磁场方向与原磁场方向相同，即感应磁场方向向上，故C错误； D．当送电线圈产生的磁场向上且逐渐变大时，向上的磁通量增大，根据楞次定律，感应磁场方向向下；根据右手螺旋定则，受电线圈中感应电流为顺时针方向（俯视），故D正确。 故选BD。 5．感应圈是实验室和生产中常用的获得高电压的装置，其核心结构如图所示：匝数较少、用较粗导线绕成的初级线圈与匝数很多、用细导线绕成的次级线圈绕在同一铁芯上，初级线圈经断续器接低压直流电源。关于感应圈的工作原理，下列说法正确的是（　　） A．初级线圈接通恒定电流并保持稳定后，次级线圈两端仍能持续输出高电压 B．次级线圈能获得很高的电动势，只是因为次级线圈的导线比初级线圈细 C．断续器使初级线圈中的电流反复通断、迅速变化，从而在匝数很多的次级线圈中感应出很高的电动势 D．感应圈工作时，能量通过铁芯中的电流直接从初级线圈传导到次级线圈 【答案】C 【详解】A．初级线圈通恒定电流时产生恒定磁场，穿过次级线圈的磁通量不发生变化，次级线圈中不产生互感电动势，不能持续输出高电压，故A错误。 B．导线的粗细不是电动势大小的决定因素；次级线圈能获得很高的电动势，是因为其匝数很多，且初级电流变化很快，故B错误。 C．断续器使初级线圈中的电流反复通断，电流变化率很大；互感电动势与电流变化率、线圈匝数有关，次级线圈匝数很多，因而感应出很高的电动势，故C正确。 D．初级、次级线圈之间没有导线相连，铁芯中通过的是变化的磁通量而非电流，能量是借助磁场（互感）从初级线圈传递到次级线圈的，故D错误。 故选C。 考向二　通电、断电自感现象分析 本考向围绕通电、断电自感现象展开，核心是抓住“线圈中的电流不能突变”，会用楞次定律判断自感电动势方向和灯泡的亮暗、闪亮。 ▎知识梳理 1．自感的定义：当一个线圈中的电流发生变化时，它产生的变化的磁场会在线圈自身激发出感应电动势，这种现象叫作自感，相应的电动势叫作自感电动势。 2．自感电动势的方向：由楞次定律，自感电动势总是阻碍线圈自身电流的变化。电流增大时，自感电动势方向与电流方向相反（“增反”）；电流减小时，自感电动势方向与电流方向相同（“减同”）。 3．通电自感：闭合开关瞬间，与线圈串联的灯泡不能立即达到最亮，而是逐渐变亮——自感电动势阻碍电流的增大；当电流稳定后，自感作用消失。 4．断电自感：断开开关瞬间，线圈电流减小，自感电动势阻碍电流减小；若线圈与灯泡构成闭合回路，回路电流逐渐减小，灯泡逐渐熄灭。 5．灯泡“闪亮”的条件：若断开前线圈支路电流 IL 大于灯泡支路电流 IA（即线圈直流电阻小于灯泡电阻），断开瞬间灯泡会先闪亮一下，再逐渐熄灭，且灯泡中电流方向与原来相反。 图4　通电自感实验电路：A1 与 L 串联、A2 与 R 串联 图5　断电前与断电瞬间的电流回路比较（含闪亮条件） ▎重难诠释 1．分析自感问题的关键是抓住“线圈中的电流不能突变”：通电瞬间线圈相当于很大的电阻（电流从零开始增大），稳定后理想线圈相当于导线；断电瞬间线圈相当于一个临时电源，维持原方向的电流逐渐减小。 2．判断灯泡是否“闪亮”，只比较断开前线圈支路与灯泡支路的电流大小，与自感系数 L 无关；L 只影响电流衰减的快慢。 比较项 通电自感 断电自感 电流变化 线圈中电流增大 线圈中电流减小 自感电动势方向 与原电流方向相反（增反） 与原电流方向相同（减同） 灯泡现象 与线圈串联的灯泡逐渐变亮 灯泡逐渐熄灭；线圈电流大于灯泡电流时先闪亮一下 能量转化 电源电能转化为线圈的磁场能 线圈磁场能转化为灯泡的内能 ▎生活·科技实例：通电延时继电器 延时继电器是自感现象在自动控制中的应用：线圈通电或断电时，由于线圈的自感作用，铁芯中的电流和磁性不能突变，需要经过一段时间才能吸合或释放衔铁，从而使触点延时接通或断开，实现电路的延时控制。它广泛用于电动机顺序启动、照明和自动化设备的定时控制，体现了“线圈电流不能突变”的特点。 图6　JSZ6 通电延时继电器，利用线圈自感实现触点延时动作 ◆ 考点专练（第 6～10 题） 6．如图所示的电路中，A1、A2是完全相同的灯泡，线圈L的自感系数较大，它的电阻可以忽略。下列说法正确的是（　　） A．闭合开关S，A1先亮、A2后亮 B．闭合开关S，A1、A2始终一样亮 C．断开开关S，A2立刻熄灭、A1过一会才熄灭 D．断开开关S，A1、A2都要过一会才熄灭 【答案】D 【解答】解：AB、闭合开关S，A2所在支路不会产生感应电动势，A2马上亮，线圈L产生自感电动势阻碍电流的增大，A1逐渐亮起来；稳定后，线圈L的电阻忽略不计，A1所在支路的电流大于A2所在支路的电流，故A1比A2更亮，故AB错误； CD、断开开关S，线圈L产生自感电动势阻碍电流的减小，和A1、A2构成回路，A1、A2都要逐渐熄灭，故C错误，D正确。 故选：D。 7．某同学研究通、断电自感现象的实物电路图如图所示，A、B是完全相同的小灯泡，带铁芯的线圈L内阻不计。下列说法正确的是（　　） A．闭合开关S后，B立即亮 B．闭合开关S后，A一直不亮 C．断开开关S后，B闪亮后逐渐熄灭 D．开关断开前后，通过B的电流方向不变 【答案】A 【解答】解：A.闭合开关S后，电源电压立即加在B灯所在支路，有电流通过B灯，所以B立即亮，故A正确； B.闭合开关S后，开关闭合瞬间，A灯所在支路中有电流通过，A灯立即亮；之后由于线圈L内阻不计，电路稳定后A灯被线圈短路，A灯熄灭，并不是一直不亮，故B错误； C.断开开关S后，线圈L产生自感电动势，此时L与A灯构成闭合回路，B灯所在支路电流立即消失，B灯立即熄灭，不会闪亮后逐渐熄灭，故C错误； D.断开开关S前，通过B灯的电流方向由电源正负极决定；断开开关S后，线圈L产生自感电动势，在L、A构成的回路中电流方向与原来线圈中电流方向相同，此时通过B灯的电流为0，所以开关断开前后，通过B的电流方向发生变化，故D错误。 故选：A。 8．如图所示的电路，A、B是规格相同的灯泡，L是自感系数很大的线圈（直流电阻可忽略），则（　　） A．S闭合时，A一直不亮 B．S闭合时，B立即亮，后变暗 C．闭合S稳定后，断开S，A闪亮一下后熄灭 D．闭合S稳定后，断开S，B闪亮一下后熄灭 【答案】C 【解答】解：AB、S闭合瞬间，线圈L的自感电动势会阻碍电流的增大，此时电流主要从A灯流过，因此A、B都立即发光；电流稳定后，L自感消失，线圈直流电阻可忽略，A被L短路，A熄灭；电路总电阻逐渐减小，总电流逐渐增大，因此B灯逐渐变亮，故AB错误； CD、断开S后，电源被切断，B灯处在断路中，B灯立即熄灭；由于L的自感电动势阻碍自身电流减小，L与A灯组成闭合回路，L中原有电流I会流过A，而A原本电流为0，突然获得大小为I的电流，因此会闪亮一下后熄灭，故C正确，D错误。 故选：C。 9．如图，A、B是两个完全相同的灯泡，L是一个自感系数很大、直流电阻为零的自感线圈。下列说法正确的是（　　） A．开关S闭合后电路稳定前，A灯先亮、B灯缓慢变亮 B．开关S闭合后电路稳定前，B灯先亮、A灯缓慢变亮 C．电路稳定后断开开关S，A灯立即熄灭B灯缓慢熄灭 D．电路稳定后断开开关S，B灯立即熄灭、A灯闪亮后缓慢熄灭 【答案】D 【解答】解：AB．开关S闭合后，线圈对电流有阻碍作用，刚闭合时认为电阻非常大，则A灯、B灯一起亮，随后随着线圈的阻碍作用减小，A灯逐渐被短路，则A灯缓慢熄灭直到电路稳定，故AB错误； CD．电路稳定后，断开开关S，B灯立即熄灭、因线圈中产生自感电动势阻碍电流减小，线圈相当于电源，在A灯中重新形成回路，则A灯闪亮后缓慢熄灭，故C错误，D正确。 故选：D。 10．如图所示的电路中，电感L的自感系数很大，电阻可忽略，D为理想二极管，则下列说法正确的有（　　） A．当S闭合时，L1和L2立即变亮 B．当S闭合时，L1立即变亮，L2逐渐变亮 C．当S断开时，L1突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭 D．当S断开时，L2突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭 【答案】C 【解答】解：AB、由于D为理想二极管，具有单向导电性，由图像可知电源与二极管负极相连，当S闭合时，L1一直不亮；因线圈的自感作用，L2将逐渐变亮，故AB错误； CD、当S断开时，线圈相当于电源，其电流在新回路中由原来稳定值逐渐减小至0，可知L2逐渐熄灭，而L1突然变亮后逐渐变暗至熄灭，故C正确，D错误。 故选：C。 考向三　自感系数、自感电动势与磁场能量 本考向围绕自感系数、自感电动势与磁场能量展开，掌握自感电动势公式、电感的决定因素及磁场能，了解镇流器、延时继电器等应用。 ▎知识梳理 1．自感电动势的大小：实验和理论表明，自感电动势 E 与电流的变化率成正比，即 式中比例常量 L 叫作自感系数，简称电感。 2．物理意义与单位：L 是描述线圈产生自感电动势本领大小的物理量。单位是亨利，简称亨，符号 H；常用单位还有 mH、μH。 3．自感系数的决定因素：L 由线圈本身的性质决定，线圈匝数越多、横截面积越大、线圈越长，L 越大；线圈中插入铁芯后 L 显著增大。L 与线圈中是否通电、电流大小及电流变化快慢均无关。 4．磁场能量：通电线圈中储存着磁场能，L 越大、电流越大，储存的磁场能越多。断电自感中灯泡能够继续发光，能量正来自线圈原来储存的磁场能。 5．自感的应用：日光灯镇流器启动时利用自感电动势产生瞬时高压点亮灯管，正常工作时利用自感限制电流、降低灯管两端电压；还用于延时继电器、电感滤波。电感线圈具有“通直流、阻交流”“通低频、阻高频”的特性。 6．自感的危害与防止：切断大电感电路时，电流急剧减小会产生很大的自感电动势，可能形成电弧、击穿绝缘、烧坏开关。精密线绕电阻采用双线绕法：两根电流方向相反的导线并排绕制，磁场相互抵消，使自感系数近似为零。 ▎重难辨析 电阻阻碍的是电流本身，电感阻碍的是电流的变化；对恒定不变的电流，电感不产生自感电动势，理想线圈相当于导线。具体异同见下方对比表。 比较项 电阻 R 电感 L 对恒定电流 始终有阻碍，满足 U＝IR 电流稳定后无阻碍，理想线圈相当于导线 对变化电流 阻碍大小仍由 R 决定 产生自感电动势，阻碍电流的变化 能量问题 电能转化为内能（耗能） 储存或释放磁场能，理想电感不耗能 决定因素 材料、长度、横截面积、温度 匝数、尺寸、有无铁芯，与电流无关 ▎生活·科技实例：日光灯电感镇流器 电感镇流器是一个带铁芯、自感系数很大的线圈：启动时，启辉器触点突然断开，流过镇流器的电流急剧减小，很大的自感电动势与电源电压叠加产生瞬时高压，点亮灯管；灯管正常工作后，交变电流通过镇流器，其自感电动势始终阻碍电流变化，起到限流、降压的作用，使灯管稳定发光。断电时它储存的磁场能也会逐渐释放。 图7　日光灯电感镇流器，利用大自感电动势启动并限流 ◆ 考点专练（第 11～15 题） 11．如图1所示，将开关S接通一段时间后又断开，通过电流表的电流—时间图像如图2所示，则（　　） A．①③显示的是电流表A2的示数 B．①④显示的是电流表A2的示数 C．②③显示的是电流表A2的示数 D．②④显示的是电流表A2的示数 【答案】B 【解答】解：根据题意可知，闭合开关，由于自感线圈的自感现象，电流表A1逐渐增大到最大值，电流表A2瞬间达到最大，然后略有减小，则①显示的是电流表A2的示数，②显示的是电流表A1的示数；断开开关，图1中自感线圈、2个电阻和2个电流表组成新的回路，由于自感线圈的自感现象，通过电流表A1的电流逐渐减小，通过A2的电流方向发生改变，并逐渐减小，则③显示的是电流表A1的示数，④显示的是电流表A2的示数。故ACD错误，B正确。 故选：B。 12．如图所示接有直流电源的电路，L是电阻大小可忽略不计的线圈。下列说法正确的是（　　） A．闭合开关S，小灯泡缓慢变亮 B．断开开关S，小灯泡闪亮后熄灭 C．断开开关S，小灯泡左端电势高 D．断开开关S后数秒内，电路中仍存在电流 【答案】A 【解答】解：A、S闭合瞬间，线圈产生自感电动势阻碍电路中电流的增大，所以流过小灯泡的电流逐渐增大，小灯泡逐渐变亮，故A正确； BCD、S断开时，电路不再是闭合回路，电路中的电流立即变为零，所以小灯泡立即熄灭，小灯泡两侧的电势相等，故BCD错误。 故选：A。 13．老师在物理课堂内做了“千人震”趣味小实验，如图所示，用了一个日光灯上拆下来的镇流器、两节1.5V的干电池、电键以及导线若干，几位同学手牵手连到电路的C、D两端，会产生“触电”的感觉，则以下说法正确的是（　　） A．“触电”是发生在电键K闭合的瞬间 B．电键K断开瞬间，AB两点间的电势差立即变为0 C．“触电”时通过人体的电流方向是D→C D．“触电”时D点的电势低于C点的电势 【答案】C 【解答】解：A、在电键K闭合瞬间，由于线圈的自感作用，通过线圈的电流逐渐增大，因为电源电动势比较低，所以通过人体的电流非常小，人不会产生“触电”的感觉，只有在电键K断开的瞬间，此时电流变化比较快，因为线圈的自感作用，会产生较高的感应电动势加在几位同学两端，产生较大的电流，使这几位同学产生“触电”的感觉，故A错误； B、在电键K断开的瞬间，由于线圈的自感作用，AB两点间的电压不会马上变为零，要持续一段时间才会变为零，故B错误； C、在电键K断开的瞬间，自感电动势的方向与原来的电流方向一致，线圈和几位同学组成一个闭合回路，而原来通过几位同学的向右的电流消失，此时线圈相当于一个电源，通过 几位同学的电流方向变为了向左，即电流方向是D→C，故C正确； D、在“触电”时，线圈相当于电源，几位同学是外电路，在外电路中电流方向是从高电势流向低电势的，所以D点的电势高于C点的电势，故D错误。 故选：C。 14．图甲和图乙是演示自感现象的两个电路图，L1和L2为电感线圈，A1、A2、A3是三个完全相同的灯泡。实验时，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关S2，灯A2逐渐变亮，而另一个相同的灯A3立即变亮，最终A2与A3的亮度相同。下列说法正确的是（　　） A．图甲中，A1与L1的电阻值相同 B．图甲中，闭合S1，电路稳定后，A1中电流大于L1中电流 C．图乙中，变阻器R与L2的电阻值相同 D．图乙中，闭合S2瞬间，L2中电流与变阻器R中电流相等 【答案】C 【解答】解：AB、图甲中，闭合S1，电路稳定后，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，说明灯泡A1中的电流小于线圈L1中的电流，根据欧姆定律可知L1的电阻小于A1的电阻，故AB错误； C、图乙中，最终A2与A3的亮度相同，则两个支路电流相同，又由于两个灯泡电阻相同，所以变阻器R与L2的电阻值相同，故C正确； D、图乙中，闭合S2瞬间，电感线圈由于自感现象，L2对电流有阻碍作用，此时自感线圈相当于一个逐渐变化的电阻，所以两个支路的电阻不相等，两个支路并联，根据并联电路的特点，可知L2中电流与变阻器R中电流不相等，故D错误。 故选：C。 15．如图，两灯泡规格相同，线圈直流电阻与R接入电路阻值相同（　　） A．闭合S，A2缓慢变亮 B．闭合S，A2的亮度不变 C．断开S，A2一定会闪亮 D．断开S，线圈产生的电动势可能大于电池电动势 【答案】D 【解答】解：AB、闭合S后，A2灯先亮，由于线圈中自感电动势的阻碍，A1灯逐渐变亮；随着线圈L电流的增加，滑动变阻器R1上分担的电压增大，则灯泡A2上的电压减小，则流过A2的电流减小，灯泡A2变暗，故AB错误； C、两灯泡规格相同，线圈直流电阻与R接入电路阻值相同，则电路中的电流稳定后相等，断开电路后，线圈L产生自感电动势，两个灯以及线圈、滑动变阻器R组成闭合回路，两灯串联，通过两灯的电流相等，两灯A1、A2同时逐渐熄灭，A2不会闪亮，故C错误， D、断开电路后，线圈L产生自感电动势，电流在原来的基础上开始减小，两个灯以及线圈、滑动变阻器R组成闭合回路，所以此时自感电动势的大小为E感＝I（2R灯+R+RL）＝2I（R灯+RL） 其中I是电路中的电流稳定时流过两个支路的电流。 根据闭合电路的欧姆定律可得整个电路中E＝2I（R1+r）+I（R灯+RL） 由于不知道R1接入电路的电阻值的大小与自感回路的电阻值之间的大小关系，则断开S，线圈产生的电动势可能大于电池电动势，可能小于电池的电动势，也可能等于电池的电动势，故D正确。 故选：D。 ★ 综合培优检测 ★ 16．如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，自感线圈L的直流电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值，在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t＝t1时刻断开开关S，下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化关系的图像中，正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【解答】解：在t＝0时刻闭合开关S时，线圈中电流增大，产生自感电动势，使得线圈中电流只能逐渐增大，干路中电流I也逐渐增大，根据闭合电路的欧姆定律UAB＝E﹣Ir，UAB逐渐减小直到稳定。稳定时，因为电阻R的阻值大于灯泡D的阻值，电阻R的电流小于灯泡D的电流；在t＝t1时刻断开S时，灯泡中原来的电流立即减小为零，线圈中产生自感电动势，电阻R、灯泡D和线圈组成回路，回路中电流从原来值逐渐减小到零，此时流过灯泡D的电流方向与原来的方向相反，B点的电势比A点电势高，可知UAB＜0。由于稳定时线圈中电流较小，根据UAB＝IRD，则此时UAB值比稳定时小，可知对应的图像是B，故B正确，ACD错误。 故选：B。 17．如图所示，电源的电动势为E，内阻忽略不计。A，B是两个相同的小灯泡，L是一个直流电阻不计自感系数相当大的线圈。以下说法正确的是（　　） A．从开关闭合到电路中电流稳定的时间内，A灯慢慢变亮 B．从开关闭合到电路中电流稳定的时间内，B灯立刻亮，且亮度保持稳定 C．开关断开后瞬间，A灯闪亮一下再熄灭 D．开关断开后瞬间，电流自右向左通过A灯 【答案】D 【解答】解：A、开关闭合时，A 灯所在支路无电感阻碍，电流立即建立，因此A灯立刻变亮，故A错误； B、开关闭合瞬间，线圈的自感阻碍电流增大，B灯电流从0开始逐渐增大，因此B灯是慢慢变亮，故B错误； C、电流稳定时，线圈直流电阻为0，B灯支路电流等于A灯支路电流，开关断开瞬间，线圈维持的电流与稳定时的IB大小相等，因此A灯不会闪亮，只会逐渐熄灭，故C错误； D、开关断开后，线圈的自感电流方向与原来相同，在闭合回路中，电流会从线圈右端流出，自右向左通过A灯，再流回线圈左端，故D正确。 故选：D。 18．图中A1、A2、A3为三个相同的灯泡，D为二极管，R为定值电阻，L为自感系数很大且可自由伸缩的弹簧线圈，其直流电阻和电源内阻均忽略不计。下列说法正确的是（　　） A．闭合开关S后，A2立刻亮起，再逐渐变暗 B．电路稳定后，断开开关S的瞬间，A1中的电流方向与原来相反 C．电路稳定后，断开开关S的瞬间，将看到弹簧线圈L突然变短 D．电路稳定后，断开开关S的瞬间，A2立即熄灭，A3闪亮一下后逐渐熄灭 【答案】D 【解答】解：A、闭合开关时，二极管D正向导通（电流方向与箭头一致，从右向左），因此A2所在支路立即导通，A2立刻亮起。电路稳定后，A2的电流由电源电压和灯泡电阻决定，保持恒定，故亮度不会逐渐变暗，故A错误； B、电路稳定后，断开开关S的瞬间，通过线圈L的电流减小，根据楞次定律，这时会出现感应电动势，产生感应电动势线圈L可以看作一个电源，它能向外供电，其电流方向与原来通过线圈L的电流方向相同，故A1中的电流方向与原来相同，故B错误； C、稳定时，线圈L中电流方向不变，各匝线圈为同向电流，相互吸引，线圈处于收缩状态，断开开关瞬间，线圈电流大小不会突变（自感维持电流），因此线圈各匝间的吸引力不会突变，线圈长度不会突然变短，故C错误； D、电路稳定后，断开开关S的瞬间，因为二极管具有单向导电性，自感电流不能通过二极管，所以A2立即熄灭；电路稳定时，A1所在支路的电流I1大于A3所在支路的电流I3当断开开关S的瞬间，A3、A1、线圈L和定值电阻R组成回路，线圈L可以看作一个电源，向外供电，I大于I3，故A3闪亮一下后逐渐熄灭，故D正确。 故选：D。 19．如图所示的电路中，P、Q是两个相同的小灯泡，线圈L的自感系数很大、电阻不计。下列说法正确的是（　　） A．闭合开关S，P、Q先同时亮，然后P变得更明亮，Q逐渐变暗至熄灭 B．闭合开关S，Q先亮，P逐渐变亮 C．断开开关S，P、Q均立即熄灭 D．断开开关S，P、Q均闪亮后再熄灭 【答案】A 【解答】解：AB、线圈L的自感系数很大，会产生自感电动势阻碍电流的突然增大，因此闭合瞬间线圈相当于断路，此时电流会通过灯泡Q所在的支路，因此P、Q 两个灯泡会同时亮起，当电路稳定后，线圈L的自感作用消失，且线圈电阻不计，相当于导线，会将灯泡Q短路，Q会逐渐变暗直至熄灭，原本 P、Q 串联的总电阻变为仅P的电阻，总电流增大，P的实际功率变大，因此P会变得更明亮，故A正确，B错误； CD、电源被切断，线圈L会产生自感电动势，阻碍自身电流的减小，此时线圈L、灯泡Q会形成闭合的自感回路，线圈中的电流会从稳定时的大小逐渐减小，灯泡Q原本稳定时电流为0，断开后突然有电流通过，会闪亮一下，再逐渐熄灭，而灯泡P不再构成回路，立即熄灭，故CD错误。 故选：A。 20．如图所示，A、B是两盏完全相同的白炽灯，L是电阻不计的电感线圈。若最初S1是接通的，S2是断开的，则下列说法正确的是（　　） A．刚接通S2，A灯就立即亮，B灯延迟一段时间才亮 B．刚接通S2，B灯就立即亮，A灯延迟一段时间才亮 C．接通S2到电路稳定后，再断开S2，B灯立即熄灭，A灯逐渐熄灭 D．接通S2到电路稳定后，再断开S2，A灯立即熄灭，B灯闪亮一下再逐渐熄灭 【答案】D 【解答】解：AB．刚接通S2，线圈产生自感电动势阻碍通过线圈电流的增大，结合电路连接可知A灯、B灯都马上亮，稳定后，由于线圈的电阻不计，所以B灯被短路，B灯最终熄灭，故AB错误； CD．接通S2到电路稳定后，再断开S2，由于线圈产生自感电动势阻碍通过线圈电流的减小，线圈相当于电源，线圈与B灯构成回路，所以A灯立即熄灭，B灯闪亮一下再逐渐熄灭，故C错误，D正确。 故选：D。 21．如图所示，L为电感线圈，R为滑动变阻器，A1、A2是两个完全相同的灯泡。将R触头滑动至某一位置，闭合开关S，灯A1立即变亮，灯A2逐渐变亮，最终A2亮度更高。则（　　） A．R连入电路的阻值与L的直流阻值相同 B．闭合S瞬间，L中电流与变阻器R中电流相等 C．断开S，A1立刻熄灭，A2逐渐熄灭 D．断开S，A1闪亮后再逐渐熄灭，A2逐渐熄灭 【答案】D 【解答】解：A．由题意可知，最终A2亮度更高，则通过A2的电流更大，根据并联电路中各支路电压相等可知，R连入电路的阻值大于L的直流阻值，故A错误； B．闭合S瞬间，L阻碍电流的增大，L中电流小于变阻器R中电流，故B错误； CD．断开S，L阻碍电流的减小，L和变阻器R以及两灯泡构成回路，断开S瞬间该回路电流大小等于初始通过A2的电流，故A1闪亮，之后L的电流逐渐减小至零，则两灯逐渐熄灭，故C错误，D正确。 故选：D。 22．如图所示，干电池、开关、灯泡、线圈L组成如图所示的电路，电路中干电池的内阻不能忽略，线圈L的自感系数很大，直流电阻较小，下列说法正确的是（　　） A．S闭合时，灯泡立即变亮 B．S闭合时，灯泡缓慢变亮 C．S闭合电路达到稳定后，断开S，灯泡缓慢熄灭 D．S闭合电路达到稳定后，断开S，灯泡闪亮一下后再缓慢熄灭 【答案】B 【解答】解：AB、开关S闭合的瞬间，由于线圈的自感现象的作用，线圈会产生自感电动势阻碍电流的增加，所以流过灯的电流逐渐增大，灯会逐渐变亮，故A错误，B正确； CD、S闭合电路达到稳定后，开关S断开的瞬间，由于线圈的自感现象的作用，线圈会产生自感电动势，但由于电路不再是闭合电路，所以灯会立即熄灭，故CD错误。 故选：B。 23．在断电自感的演示实验中，用小灯泡、带铁芯的电感线圈L和定值电阻R等元件组成如图甲所示电路。闭合开关，待电路稳定后，两支路电流分别为I1和I2。断开开关前后的一小段时间内，电路中电流随时间变化的关系如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．断开开关前灯泡中电流为I2 B．灯泡电阻小于电阻R和线圈L的总电阻 C．断开开关后小灯泡瞬间熄灭 D．断开开关后电阻R所在支路电流如曲线b所示 【答案】A 【解答】解：A、断开开关的瞬间，由于线圈的自感，线圈和电阻和灯泡组成闭合回路，电路中的电流从原来通过线圈的电流大小开始减小，由图乙可知，在断开开关前通过线圈的电流为I1，则通过灯泡的电流为I2，故A正确； B、由图乙可知I2＜I1，根据欧姆定律可知灯泡的电阻应该大于电阻R和线圈L的总电阻，故B错误； C、断开开关的瞬间，由于线圈的自感，线圈和电阻和灯泡组成闭合回路，电路中的电流从原来通过线圈的电流大小开始减小，此时通过灯泡的电流大于原来灯泡中的电流，所以灯泡闪亮一下后缓慢熄灭，故C错误； D、断开开关后，由于线圈的自感作用，通过线圈的电流缓慢减小，所以通过线圈L和电阻R的电流方向不变，则通过电阻R所在支路的电流应该是曲线a所示，故D错误。 故选：A。 24．如图所示，线圈L的自感系数很大、电阻不计，电阻R1的阻值大于电阻R2的阻值，在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t＝t1时刻断开S，下列表示电阻R1的电流I1、电阻R2的电流I2随时间t变化的图像中，正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【解答】解：开关闭合时，电压直接加到电阻R1上，由于线圈自感对电流变化有阻碍作用，可看作电阻，线圈电阻逐渐减小，流过R2的电流I2逐渐增大；同时并联电路电阻逐渐减小，路端电压逐渐减小，故流过R1的电流I1逐渐减小；最终由于线圈电阻不计，电阻R1的阻值大于电阻R2的阻值，则电流I1小于电流I2。 电路中的电流稳定后再断开时，线圈的感应电流与原电流方向相同，与流过电阻串联形成回路，电阻R1的电流与原电流方向相反，并从I2逐渐减小到0；线圈所在支路的电流从原来的电流I2开始减小，所以流过R2的电流I2从I2开始减小到零，故只有D图符合，故ABC错误，D正确。 故选：D。 25．如图甲、乙所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，且小于灯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后，A将立即熄灭 B．在电路乙中，断开S后，A将逐渐变暗 C．在电路乙中，断开S后，A将先变得更亮，然后逐渐变暗 D．在电路甲中，断开S后，A将先变得更亮，然后逐渐变暗 【答案】C 【解答】解：AD、在电路甲中流过线圈L的电流与流过灯泡的电流是相等的，断开S，由于线圈阻碍电流变小，导致灯泡A将逐渐变暗，故AD错误； BC、在电路乙中，由于电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，所以电路中的电流稳定时通过灯泡的电流比线圈的电流小，断开S时，线圈产生自感电动势阻碍电流的减小，此时线圈与灯泡A以及电阻R组成自感回路，电流从开始时流过线圈的电流开始变小，导致A先变得更亮，然后逐渐变暗。故B错误，C正确。 故选：C。 26．某同学为了探究电感线圈和小灯泡对电路中电流的影响，设计了如图甲所示的电路，电路两端电压U恒定，A1、A2为完全相同的电流传感器。t0时刻闭合开关S得到如图乙所示的电流i随时间t变化的图像。电路稳定后，小灯泡发出微弱的光。下列说法正确的是（　　） A．闭合开关S时，自感线圈中电流为零，其自感电动势也为零 B．曲线a描述的是电流传感器A2中电流随时间变化的规律 C．若断开开关S，小灯泡闪亮后熄灭 D．闭合开关S到电路稳定的过程中，小灯泡灯丝电阻保持不变 【答案】C 【解答】解：A．闭合开关时，电感线圈中电流为零，但由于线圈的自感现象，其自感电动势不为零，故A错误； B．闭合开关K的瞬间，线圈由于自感现象，电流慢慢增加到最大，所以乙图中的b曲线是电流传感器A2中电流随时间变化的规律，故B错误； C．由于稳定后流过线圈支路的电流大，结合自感现象可知断开开关后，小灯泡会明显闪亮后逐渐熄灭，故C正确； D．由图可知，闭合开关后电路两端电压U恒定而流过灯泡的电流先减小后不变，结合欧姆定律可知，闭合开关S到电路稳定的过程中，小灯泡灯丝电阻先增大，后保持不变，故D错误。 故选：C。 27．如图所示，L是自感系数很大的线圈，它的电阻可忽略不计，二极管的正向导电电阻为0，D1和D2是两个完全相同的灯泡，则下列说法中正确的是（　　） A．闭合S，D1先亮，D2逐渐变亮 B．闭合S，D1不亮，D2立即变亮 C．断开S，D1亮，然后和D2同时慢慢熄灭 D．断开S，D1不亮，D2亮，然后慢慢熄灭 【答案】C 【解答】解：AB、闭合S，因为二极管的单向导电性，灯泡D1始终不亮，由于线圈L的自感作用，通过灯泡D2的电流逐渐增大，灯泡D2逐渐变亮，故AB错误； CD、断开S，因为线圈L的自感作用，线圈L中的电流方向不变，线圈L和二极管以及两个灯泡组成闭合回路，电路中的电流逐渐减小为零，所以D1亮，然后和D2同时慢慢熄灭，故C正确，D错误。 故选：C。 28．如图所示的电路中，A1，A2和A3是三个阻值恒为R的相同小灯泡，L是自感系数相当大的线圈，其直流电阻也为R。下列说法正确的是（　　） A．S接通瞬间，A1最亮，稳定后A1、A2和A3亮度相同 B．S接通瞬间，A1最亮，稳定后A1比A2、A3亮 C．电路稳定后断开S时，A1、A2和A3亮一下后一起熄灭 D．电路稳定后断开S时，A1闪亮一下再熄灭，A2和A3立即熄灭 【答案】A 【解答】解：AB．由于S接通时，线圈阻碍电流的增加，相当于断路，流经A1的电流大，故最亮，稳定后因线圈直流电阻也为R，流经三灯泡的电流相同，故亮度相同，故A正确，B错误； CD．电路稳定后断开S时，L和A1形成闭合回路，如图所示 由上面的分析可知，在断开S瞬间流经线圈电流与断开S前流过A1的电流是相同的，所以A1不会闪亮一下再熄灭，而是慢慢熄灭，A2和A3立即熄灭，故CD错误。 故选：A。 29．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（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（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【解答】解：闭合开关，A2瞬间有电流，而由于自感线圈L的自感作用，通过A1的电流逐渐增大； 达到稳定后，由于L为直流电阻RL很小的自感线圈，且R＞RL 所以电路稳定后，通过A2的电流会变小，且通过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，所以流过A2的电流与原来的方向相反，大小从I1慢慢减小最后为0。故BCD错误，A正确。 故选：A。 30．如图所示，L是直流电阻不计的带铁芯线圈，D为理想二极管，R为电阻，L1、L2和L3是三个完全相同的小灯泡。下列说法正确的是（　　） A．闭合S瞬间，三个灯立即亮 B．闭合S瞬间，L1灯比L2灯先亮 C．断开S瞬间，L2灯闪亮后慢慢熄灭 D．断开S瞬间，L1灯闪亮后慢慢熄灭 【答案】D 【解答】解：AB、S闭合瞬间，L1、L2两灯泡立即亮，由图示电路图可知，L3与电感线圈串联，闭合开关瞬间由于线圈的自感作用从而使L3灯泡慢慢变亮，故AB错误； CD、断开开关瞬间，线圈产生自感电动势，于是线圈、L3与L1形成一个闭合电路，由于稳定时L3比L1亮（L3所在的支路的总电阻比L1所在的支路的总电阻小），所以L1灯将闪亮一下再慢慢熄灭，而二极管单向导通性能，所以L2灯立即熄灭，故C错误，D正确。 故选：D。 重难突破系列 · 人教版（2019）选择性必修第二册 · 2.4 互感和自感 第 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $2.4　互感和自感　【重难突破】 人教版（2019）选择性必修第二册 · 第二章 电磁感应 2.4　互感和自感 【重难突破】 人教版（2019）选择性必修第二册　第二章　电磁感应 建议用时：45 分钟 题量：30 题 难度：★★★★☆ 版本：原卷版 ▎学习目标 1．知道互感现象，能说明互感电动势的产生原因，了解互感在变压器、感应圈等设备中的应用，以及电路布线中互感干扰的防止。 2．知道自感现象，理解自感电动势总是阻碍线圈自身电流的变化，能用楞次定律分析通电、断电自感中灯泡的亮暗变化。 3．理解自感系数（电感）的物理意义、单位亨利及其决定因素，能写出自感电动势公式并进行定性分析，知道通电线圈储存磁场能。 4．了解自感在日光灯镇流器、延时继电器中的应用和双线绕法等防止措施，在真实情境中解释互感与自感现象，提升模型建构与科学推理素养。 ▎课标与考情 【课标要求】通过实验了解互感、自感现象，能运用电磁感应规律解释相关现象；了解自感系数和磁场能，以及互感、自感在生产生活中的应用与危害防止。 【考情分析】高考常以选择题结合变压器、点火线圈、镇流器、延时继电器等生活与科技情境，考查自感电动势方向、灯泡闪亮判断及能量转化；以定性分析和现象辨析为主，难度中等。 ▎思维导图 2.4 互感和自感 互感 定义：两线圈无导线相连，一电流变化在另一线圈产生互感电动势 本质：电磁感应，遵循法拉第、楞次，能量/信号经磁场传递 应用：变压器、感应圈、收音机磁性天线 防止：增大间距、金属屏蔽、合理布线 自感 定义：自身电流变化在自身激发自感电动势 方向：阻碍电流变化，增反减同 通电：串线圈灯泡渐亮，稳定后自感消失 断电：线圈与灯泡闭合渐灭，IL>IA 先闪亮 自感系数与磁场能 公式：E=L|ΔI/Δt|，单位亨利 H 决定因素：匝数、截面、长度、铁芯，与电流无关 磁场能：通电线圈储能，断电供灯发光 应用/防止：镇流器、延时继电器；双线绕法 考向一　互感现象及其应用 本考向围绕互感现象展开，关键是理解一个线圈电流变化时产生的变化磁场会在另一线圈中产生互感电动势，掌握变压器、感应圈等应用及互感干扰的防止。 ▎知识梳理 1．互感的定义：两个线圈之间并没有导线相连，当一个线圈中的电流发生变化时，它产生的变化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．互感的本质：互感本质上是一种电磁感应现象，遵循法拉第电磁感应定律和楞次定律；通过互感，能量或信号可以借助磁场从一个线圈传递到另一个线圈，而不需要两线圈直接接触。 3．互感的应用： （1）变压器：利用原、副线圈间的互感实现能量传递和电压变换，是互感现象最重要的应用； （2）感应圈：通过匝数悬殊的两个线圈间的互感获得很高的互感电动势，产生电火花，用于煤气灶点火器、汽车发动机点火装置； （3）收音机磁性天线：两个线圈互感耦合，把接收到的信号传递到下一级电路。 4．互感的危害与防止：输电线中变化的电流会通过互感在邻近的通信线、弱电线路中产生干扰电动势，影响信号传输；通常采用增大线路间距、金属屏蔽层和合理布线等方法减小互感干扰。 图1　两线圈通过铁芯耦合的互感现象示意 ▎重难诠释 1．互感发生在两个线圈之间，不要求两线圈发生相对运动，只要求其中一个线圈的电流发生变化。 2．互感电动势的大小与原线圈电流的变化率、两线圈的匝数和耦合程度（有无铁芯、相对位置）有关：电流变化越快、匝数越多、耦合越紧，互感电动势越大。 ▎生活·科技实例：电力变压器 变压器是互感现象最重要的应用：发电厂发出的电能经升压变压器升高电压后远距离输送，以减小线路上的电流和能量损耗，到用电地区再经降压变压器逐级降低电压供用户使用。原、副线圈绕在同一闭合铁芯上，彼此没有导线相连，当原线圈通入交变电流时，铁芯中产生变化的磁通量，在副线圈中感应出互感电动势，从而实现能量传递和电压变换。 图2　油浸式电力变压器，利用原、副线圈间的互感变压传能 ▎生活·科技实例：感应圈（汽车点火线圈） 感应圈是互感在点火装置中的应用：初级线圈匝数较少，经断续器接低压电源，断续器使初级电流反复通断、迅速变化；次级线圈匝数很多，变化的磁场在其中感应出很高的互感电动势，使高压端产生电火花，从而点燃煤气灶或汽车发动机气缸内的混合气。手机无线充电、漏电保护器也利用了互感原理。 图3　开磁路点火线圈结构，初级、次级线圈借互感获得高压 ◆ 考点专练（第 1～5 题） 1．（电磁感应现象·拔高练习）如图所示，线圈Ⅰ与电源、开关、滑动变阻器相连，线圈Ⅱ与电流计G相连，线圈Ⅰ与线圈Ⅱ绕在同一个铁芯上，以下说法错误的是（     ） A．开关闭合或断开的瞬间，电流计G指针均会偏转 B．开关闭合一段时间后，保持滑动变阻器阻值不变，电流计G指针不会偏转 C．开关闭合一段时间后，来回移动变阻器滑动端，电流计G指针会偏转 D．因为线圈Ⅱ所在的回路中没有电源，所以电流计G指针始终不会偏转 2．（2026·江苏泰州·模拟）如图所示为家庭电路的触电保护装置，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成。当右侧线圈L2中产生电流时，电流经放大器放大后能使电磁铁吸起铁质开关K，从而切断家庭电路。下列说法正确的是（　　） A．家庭电路正常工作时，中的磁通量不为零 B．家庭电路中的功率增大时，中的磁通量增大 C．家庭电路发生短路时，开关会被电磁铁吸起 D．站在地上的人接触火线时，开关将被电磁铁吸起 3．（25-26高二下·重庆大足中学·期中）在汽车的防抱死系统（ABS）中，有一个关键的电磁感应装置。如图所示当汽车在紧急制动时，车轮的运动状态会发生变化，杆代表车轮上的一个特殊部件，杆所在电路连接着控制单元。当杆沿轨道运动时，杆中的电流方向由向，技术人员可以根据这个电流信号，判断车轮的运动情况，进而通过控制系统调整制动力，则杆的运动可能是（　　） A．向左减速运动 B．向右减速运动 C．向右匀速运动 D．向左匀速运动 4．（25-26高二下·广西河池·阶段性测试）（多选）如图是一款无线充电手机的充电原理图。送电线圈接电源，受电线圈接手机电池，则（     ） A．若给送电线圈输入恒定电流，则受电线圈中将产生恒定电流 B．只有当给送电线圈输入随时间变化的电流时，受电线圈中才会产生电流 C．当送电线圈产生的磁场向上且逐渐变小时，受电线圈将产生方向向下的感应磁场 D．当送电线圈产生的磁场向上且逐渐变大时，受电线圈中感应电流为顺时针方向（俯视） 5．感应圈是实验室和生产中常用的获得高电压的装置，其核心结构如图所示：匝数较少、用较粗导线绕成的初级线圈与匝数很多、用细导线绕成的次级线圈绕在同一铁芯上，初级线圈经断续器接低压直流电源。关于感应圈的工作原理，下列说法正确的是（　　） A．初级线圈接通恒定电流并保持稳定后，次级线圈两端仍能持续输出高电压 B．次级线圈能获得很高的电动势，只是因为次级线圈的导线比初级线圈细 C．断续器使初级线圈中的电流反复通断、迅速变化，从而在匝数很多的次级线圈中感应出很高的电动势 D．感应圈工作时，能量通过铁芯中的电流直接从初级线圈传导到次级线圈 考向二　通电、断电自感现象分析 本考向围绕通电、断电自感现象展开，核心是抓住“线圈中的电流不能突变”，会用楞次定律判断自感电动势方向和灯泡的亮暗、闪亮。 ▎知识梳理 1．自感的定义：当一个线圈中的电流发生变化时，它产生的变化的磁场会在线圈自身激发出感应电动势，这种现象叫作自感，相应的电动势叫作自感电动势。 2．自感电动势的方向：由楞次定律，自感电动势总是阻碍线圈自身电流的变化。电流增大时，自感电动势方向与电流方向相反（“增反”）；电流减小时，自感电动势方向与电流方向相同（“减同”）。 3．通电自感：闭合开关瞬间，与线圈串联的灯泡不能立即达到最亮，而是逐渐变亮——自感电动势阻碍电流的增大；当电流稳定后，自感作用消失。 4．断电自感：断开开关瞬间，线圈电流减小，自感电动势阻碍电流减小；若线圈与灯泡构成闭合回路，回路电流逐渐减小，灯泡逐渐熄灭。 5．灯泡“闪亮”的条件：若断开前线圈支路电流 IL 大于灯泡支路电流 IA（即线圈直流电阻小于灯泡电阻），断开瞬间灯泡会先闪亮一下，再逐渐熄灭，且灯泡中电流方向与原来相反。 图4　通电自感实验电路：A1 与 L 串联、A2 与 R 串联 图5　断电前与断电瞬间的电流回路比较（含闪亮条件） ▎重难诠释 1．分析自感问题的关键是抓住“线圈中的电流不能突变”：通电瞬间线圈相当于很大的电阻（电流从零开始增大），稳定后理想线圈相当于导线；断电瞬间线圈相当于一个临时电源，维持原方向的电流逐渐减小。 2．判断灯泡是否“闪亮”，只比较断开前线圈支路与灯泡支路的电流大小，与自感系数 L 无关；L 只影响电流衰减的快慢。 比较项 通电自感 断电自感 电流变化 线圈中电流增大 线圈中电流减小 自感电动势方向 与原电流方向相反（增反） 与原电流方向相同（减同） 灯泡现象 与线圈串联的灯泡逐渐变亮 灯泡逐渐熄灭；线圈电流大于灯泡电流时先闪亮一下 能量转化 电源电能转化为线圈的磁场能 线圈磁场能转化为灯泡的内能 ▎生活·科技实例：通电延时继电器 延时继电器是自感现象在自动控制中的应用：线圈通电或断电时，由于线圈的自感作用，铁芯中的电流和磁性不能突变，需要经过一段时间才能吸合或释放衔铁，从而使触点延时接通或断开，实现电路的延时控制。它广泛用于电动机顺序启动、照明和自动化设备的定时控制，体现了“线圈电流不能突变”的特点。 图6　JSZ6 通电延时继电器，利用线圈自感实现触点延时动作 ◆ 考点专练（第 6～10 题） 6．如图所示的电路中，A1、A2是完全相同的灯泡，线圈L的自感系数较大，它的电阻可以忽略。下列说法正确的是（　　） A．闭合开关S，A1先亮、A2后亮 B．闭合开关S，A1、A2始终一样亮 C．断开开关S，A2立刻熄灭、A1过一会才熄灭 D．断开开关S，A1、A2都要过一会才熄灭 7．某同学研究通、断电自感现象的实物电路图如图所示，A、B是完全相同的小灯泡，带铁芯的线圈L内阻不计。下列说法正确的是（　　） A．闭合开关S后，B立即亮 B．闭合开关S后，A一直不亮 C．断开开关S后，B闪亮后逐渐熄灭 D．开关断开前后，通过B的电流方向不变 8．如图所示的电路，A、B是规格相同的灯泡，L是自感系数很大的线圈（直流电阻可忽略），则（　　） A．S闭合时，A一直不亮 B．S闭合时，B立即亮，后变暗 C．闭合S稳定后，断开S，A闪亮一下后熄灭 D．闭合S稳定后，断开S，B闪亮一下后熄灭 9．如图，A、B是两个完全相同的灯泡，L是一个自感系数很大、直流电阻为零的自感线圈。下列说法正确的是（　　） A．开关S闭合后电路稳定前，A灯先亮、B灯缓慢变亮 B．开关S闭合后电路稳定前，B灯先亮、A灯缓慢变亮 C．电路稳定后断开开关S，A灯立即熄灭B灯缓慢熄灭 D．电路稳定后断开开关S，B灯立即熄灭、A灯闪亮后缓慢熄灭 10．如图所示的电路中，电感L的自感系数很大，电阻可忽略，D为理想二极管，则下列说法正确的有（　　） A．当S闭合时，L1和L2立即变亮 B．当S闭合时，L1立即变亮，L2逐渐变亮 C．当S断开时，L1突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭 D．当S断开时，L2突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭 考向三　自感系数、自感电动势与磁场能量 本考向围绕自感系数、自感电动势与磁场能量展开，掌握自感电动势公式、电感的决定因素及磁场能，了解镇流器、延时继电器等应用。 ▎知识梳理 1．自感电动势的大小：实验和理论表明，自感电动势 E 与电流的变化率成正比，即 式中比例常量 L 叫作自感系数，简称电感。 2．物理意义与单位：L 是描述线圈产生自感电动势本领大小的物理量。单位是亨利，简称亨，符号 H；常用单位还有 mH、μH。 3．自感系数的决定因素：L 由线圈本身的性质决定，线圈匝数越多、横截面积越大、线圈越长，L 越大；线圈中插入铁芯后 L 显著增大。L 与线圈中是否通电、电流大小及电流变化快慢均无关。 4．磁场能量：通电线圈中储存着磁场能，L 越大、电流越大，储存的磁场能越多。断电自感中灯泡能够继续发光，能量正来自线圈原来储存的磁场能。 5．自感的应用：日光灯镇流器启动时利用自感电动势产生瞬时高压点亮灯管，正常工作时利用自感限制电流、降低灯管两端电压；还用于延时继电器、电感滤波。电感线圈具有“通直流、阻交流”“通低频、阻高频”的特性。 6．自感的危害与防止：切断大电感电路时，电流急剧减小会产生很大的自感电动势，可能形成电弧、击穿绝缘、烧坏开关。精密线绕电阻采用双线绕法：两根电流方向相反的导线并排绕制，磁场相互抵消，使自感系数近似为零。 ▎重难辨析 电阻阻碍的是电流本身，电感阻碍的是电流的变化；对恒定不变的电流，电感不产生自感电动势，理想线圈相当于导线。具体异同见下方对比表。 比较项 电阻 R 电感 L 对恒定电流 始终有阻碍，满足 U＝IR 电流稳定后无阻碍，理想线圈相当于导线 对变化电流 阻碍大小仍由 R 决定 产生自感电动势，阻碍电流的变化 能量问题 电能转化为内能（耗能） 储存或释放磁场能，理想电感不耗能 决定因素 材料、长度、横截面积、温度 匝数、尺寸、有无铁芯，与电流无关 ▎生活·科技实例：日光灯电感镇流器 电感镇流器是一个带铁芯、自感系数很大的线圈：启动时，启辉器触点突然断开，流过镇流器的电流急剧减小，很大的自感电动势与电源电压叠加产生瞬时高压，点亮灯管；灯管正常工作后，交变电流通过镇流器，其自感电动势始终阻碍电流变化，起到限流、降压的作用，使灯管稳定发光。断电时它储存的磁场能也会逐渐释放。 图7　日光灯电感镇流器，利用大自感电动势启动并限流 ◆ 考点专练（第 11～15 题） 11．如图1所示，将开关S接通一段时间后又断开，通过电流表的电流—时间图像如图2所示，则（　　） A．①③显示的是电流表A2的示数 B．①④显示的是电流表A2的示数 C．②③显示的是电流表A2的示数 D．②④显示的是电流表A2的示数 12．如图所示接有直流电源的电路，L是电阻大小可忽略不计的线圈。下列说法正确的是（　　） A．闭合开关S，小灯泡缓慢变亮 B．断开开关S，小灯泡闪亮后熄灭 C．断开开关S，小灯泡左端电势高 D．断开开关S后数秒内，电路中仍存在电流 13．老师在物理课堂内做了“千人震”趣味小实验，如图所示，用了一个日光灯上拆下来的镇流器、两节1.5V的干电池、电键以及导线若干，几位同学手牵手连到电路的C、D两端，会产生“触电”的感觉，则以下说法正确的是（　　） A．“触电”是发生在电键K闭合的瞬间 B．电键K断开瞬间，AB两点间的电势差立即变为0 C．“触电”时通过人体的电流方向是D→C D．“触电”时D点的电势低于C点的电势 14．图甲和图乙是演示自感现象的两个电路图，L1和L2为电感线圈，A1、A2、A3是三个完全相同的灯泡。实验时，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关S2，灯A2逐渐变亮，而另一个相同的灯A3立即变亮，最终A2与A3的亮度相同。下列说法正确的是（　　） A．图甲中，A1与L1的电阻值相同 B．图甲中，闭合S1，电路稳定后，A1中电流大于L1中电流 C．图乙中，变阻器R与L2的电阻值相同 D．图乙中，闭合S2瞬间，L2中电流与变阻器R中电流相等 15．如图，两灯泡规格相同，线圈直流电阻与R接入电路阻值相同（　　） A．闭合S，A2缓慢变亮 B．闭合S，A2的亮度不变 C．断开S，A2一定会闪亮 D．断开S，线圈产生的电动势可能大于电池电动势 ★ 综合培优检测 ★ 16．如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，自感线圈L的直流电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值，在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t＝t1时刻断开开关S，下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化关系的图像中，正确的是（　　） A． B． C． D． 17．如图所示，电源的电动势为E，内阻忽略不计。A，B是两个相同的小灯泡，L是一个直流电阻不计自感系数相当大的线圈。以下说法正确的是（　　） A．从开关闭合到电路中电流稳定的时间内，A灯慢慢变亮 B．从开关闭合到电路中电流稳定的时间内，B灯立刻亮，且亮度保持稳定 C．开关断开后瞬间，A灯闪亮一下再熄灭 D．开关断开后瞬间，电流自右向左通过A灯 18．图中A1、A2、A3为三个相同的灯泡，D为二极管，R为定值电阻，L为自感系数很大且可自由伸缩的弹簧线圈，其直流电阻和电源内阻均忽略不计。下列说法正确的是（　　） A．闭合开关S后，A2立刻亮起，再逐渐变暗 B．电路稳定后，断开开关S的瞬间，A1中的电流方向与原来相反 C．电路稳定后，断开开关S的瞬间，将看到弹簧线圈L突然变短 D．电路稳定后，断开开关S的瞬间，A2立即熄灭，A3闪亮一下后逐渐熄灭 19．如图所示的电路中，P、Q是两个相同的小灯泡，线圈L的自感系数很大、电阻不计。下列说法正确的是（　　） A．闭合开关S，P、Q先同时亮，然后P变得更明亮，Q逐渐变暗至熄灭 B．闭合开关S，Q先亮，P逐渐变亮 C．断开开关S，P、Q均立即熄灭 D．断开开关S，P、Q均闪亮后再熄灭 20．如图所示，A、B是两盏完全相同的白炽灯，L是电阻不计的电感线圈。若最初S1是接通的，S2是断开的，则下列说法正确的是（　　） A．刚接通S2，A灯就立即亮，B灯延迟一段时间才亮 B．刚接通S2，B灯就立即亮，A灯延迟一段时间才亮 C．接通S2到电路稳定后，再断开S2，B灯立即熄灭，A灯逐渐熄灭 D．接通S2到电路稳定后，再断开S2，A灯立即熄灭，B灯闪亮一下再逐渐熄灭 21．如图所示，L为电感线圈，R为滑动变阻器，A1、A2是两个完全相同的灯泡。将R触头滑动至某一位置，闭合开关S，灯A1立即变亮，灯A2逐渐变亮，最终A2亮度更高。则（　　） A．R连入电路的阻值与L的直流阻值相同 B．闭合S瞬间，L中电流与变阻器R中电流相等 C．断开S，A1立刻熄灭，A2逐渐熄灭 D．断开S，A1闪亮后再逐渐熄灭，A2逐渐熄灭 22．如图所示，干电池、开关、灯泡、线圈L组成如图所示的电路，电路中干电池的内阻不能忽略，线圈L的自感系数很大，直流电阻较小，下列说法正确的是（　　） A．S闭合时，灯泡立即变亮 B．S闭合时，灯泡缓慢变亮 C．S闭合电路达到稳定后，断开S，灯泡缓慢熄灭 D．S闭合电路达到稳定后，断开S，灯泡闪亮一下后再缓慢熄灭 23．在断电自感的演示实验中，用小灯泡、带铁芯的电感线圈L和定值电阻R等元件组成如图甲所示电路。闭合开关，待电路稳定后，两支路电流分别为I1和I2。断开开关前后的一小段时间内，电路中电流随时间变化的关系如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．断开开关前灯泡中电流为I2 B．灯泡电阻小于电阻R和线圈L的总电阻 C．断开开关后小灯泡瞬间熄灭 D．断开开关后电阻R所在支路电流如曲线b所示 24．如图所示，线圈L的自感系数很大、电阻不计，电阻R1的阻值大于电阻R2的阻值，在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t＝t1时刻断开S，下列表示电阻R1的电流I1、电阻R2的电流I2随时间t变化的图像中，正确的是（　　） A． B． C． D． 25．如图甲、乙所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，且小于灯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后，A将立即熄灭 B．在电路乙中，断开S后，A将逐渐变暗 C．在电路乙中，断开S后，A将先变得更亮，然后逐渐变暗 D．在电路甲中，断开S后，A将先变得更亮，然后逐渐变暗 26．某同学为了探究电感线圈和小灯泡对电路中电流的影响，设计了如图甲所示的电路，电路两端电压U恒定，A1、A2为完全相同的电流传感器。t0时刻闭合开关S得到如图乙所示的电流i随时间t变化的图像。电路稳定后，小灯泡发出微弱的光。下列说法正确的是（　　） A．闭合开关S时，自感线圈中电流为零，其自感电动势也为零 B．曲线a描述的是电流传感器A2中电流随时间变化的规律 C．若断开开关S，小灯泡闪亮后熄灭 D．闭合开关S到电路稳定的过程中，小灯泡灯丝电阻保持不变 27．如图所示，L是自感系数很大的线圈，它的电阻可忽略不计，二极管的正向导电电阻为0，D1和D2是两个完全相同的灯泡，则下列说法中正确的是（　　） A．闭合S，D1先亮，D2逐渐变亮 B．闭合S，D1不亮，D2立即变亮 C．断开S，D1亮，然后和D2同时慢慢熄灭 D．断开S，D1不亮，D2亮，然后慢慢熄灭 28．如图所示的电路中，A1，A2和A3是三个阻值恒为R的相同小灯泡，L是自感系数相当大的线圈，其直流电阻也为R。下列说法正确的是（　　） A．S接通瞬间，A1最亮，稳定后A1、A2和A3亮度相同 B．S接通瞬间，A1最亮，稳定后A1比A2、A3亮 C．电路稳定后断开S时，A1、A2和A3亮一下后一起熄灭 D．电路稳定后断开S时，A1闪亮一下再熄灭，A2和A3立即熄灭 29．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（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（　　） A． B． C． D． 30．如图所示，L是直流电阻不计的带铁芯线圈，D为理想二极管，R为电阻，L1、L2和L3是三个完全相同的小灯泡。下列说法正确的是（　　） A．闭合S瞬间，三个灯立即亮 B．闭合S瞬间，L1灯比L2灯先亮 C．断开S瞬间，L2灯闪亮后慢慢熄灭 D．断开S瞬间，L1灯闪亮后慢慢熄灭 重难突破系列 · 人教版（2019）选择性必修第二册 · 2.4 互感和自感 第 1 页 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