部编版2020版高中物理 第四章 电磁感应 第6课时 互感和自感学案 新人教版选修3-2

第6课时互感和自感[研究选考·把握考情]知识点一互感现象[基础梳理]1.定义：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，这种现象叫互感。

2.作用：利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈，如变压器、收音机的磁性天线。

3.危害：互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间，电力工程和电子电路中，有时会影响电路正常工作。

[要点精讲]1.互感现象是一种常见的电磁感应现象，它不仅发生在绕同一铁芯上的两个线圈之间，而且还可以发生在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转移到另一个电路。

下一章将要学习的变压器就是利用互感现象制成的。

3.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，这时要求设法减小电路间的互感。

【例1】如图1所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，当PQ 在外力作用下运动时，MN在磁场力作用下向右运动，则PQ所做的运动可能是( )图1A.向右匀加速运动B.向左匀加速运动C.向右匀减速运动D.向左匀减速运动解析MN棒中有感应电流，受安培力作用而向右运动，由左手定则可判断出MN中电流的方向是由M流至N，此电流在L1中产生的磁场的方向是向上的。

若PQ棒向右运动，由右手定则及安培定则可知L2产生的磁场的方向也是向上的。

由于L1产生的磁场方向与L2产生的磁场的方向相同，由楞次定律可知L2产生的磁场的磁通量是减少的，即L2中的磁场是减弱的，故PQ棒做的是向右的减速运动，选项C是可能的；若PQ棒向左运动，则它产生的感应电流在L2中产生的磁场是向下的，与L1产生的磁场方向是相反的，由楞次定律可知L2产生的磁场的磁通量是增加的，即L2中的磁场是增强的，故PQ棒做的是向左的加速运动，选项B是可能的。

答案BC名师点睛本题是应用楞次定律判断问题的一般步骤的逆向应用。

即已知感应电流的方向或者感应电流的效果，来判断原磁场的方向或原磁场如何变化。

通过判断步骤的逆向应用，可更深刻地理解、更熟练地掌握楞次定律。

另外还要通过此题来体会逆向分析的思路和方法。

【跟踪训练】在无线电仪器中，常需要在距离较近处安装两个线圈，并要求当一个线圈中有电流变化时，对另一个线圈中的电流的影响尽量小。

则图中两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是( )解析互相垂直的线圈由于产生的磁场互相垂直，因而影响较小，D正确。

答案 D知识点二自感现象[基础梳理]1.定义：当一个线圈中的电流自身发生变化时，它产生的变化(填“变化”或“不变”)的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也在本身激发出感应电动势的电磁感应现象。

2.公式：E ＝L ΔI Δt，其中L 是自感系数，简称自感或电感，单位：亨利。

符号：H 。

1 mH ＝10－3 H ，1 μH ＝10－6H 。

3.自感系数的决定因素：与线圈的大小、形状、匝数，以及是否有铁芯等因素有关，与E 、ΔI 、Δt 等无关。

[要 点 精 讲]要点1 对自感现象的理解(1)对自感现象的理解自感现象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。

(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时间变长，即总是起着推迟电流变化的作用。

(3)对电感线圈阻碍作用的理解①若电路中的电流正在改变，电感线圈会产生自感电动势阻碍电路中电流的变化，使得通过电感线圈的电流不能突变。

②若电路中的电流是稳定的，电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。

【例2】 如图2所示电路，L 是自感系数较大的线圈，在滑动变阻器的滑动片P 从A 端迅速滑向B 端的过程中，经过AB 中点C 时通过线圈的电流为I 1；P 从B 端迅速滑向A 端的过程中，经过C 点时通过线圈的电流为I 2；P 固定在C 点不动，达到稳定时通过线圈的电流为I 0，则()图2A.I 1＝I 2＝I 0B.I 1>I 0>I 2C.I 1＝I 2>I 0D.I 1<I 0<I 2解析 当滑动片从A 端迅速滑向B 端时，总电阻减小，总电流变大，L 产生自感电动势阻碍其增大，故I 1比P 稳定在C 点的电流I 0小；当P 从B 端迅速滑向A 端时，总电流减小，L 自感电动势阻碍其减小，自感电流方向与原电流方向相同，故I 2大于P 稳定在C 点时的电流I 0。

答案 D名师点睛 自感问题的求解策略自感现象是电磁感应现象的一种特例，它仍遵循法拉第电磁感应定律。

分析自感现象除弄清这一点之外，还必须抓住以下三点：(1)自感电动势总是阻碍电路中原来电流的变化。

(2)“阻碍”不是“阻止”。

“阻碍”电流变化的实质是使电流不发生“突变”，使其变化过程有所延缓。

(3)当电路接通瞬间，自感线圈相当于断路；当电路稳定时，相当于电阻，如果线圈没有电阻，相当于导线(短路)；当电路断开瞬间，自感线圈相当于电源。

要点2 对两类自感现象的理解【例3】 如图3所示，电源的电动势为E ，内阻r 忽略不计。

A 、B 是两个相同的小灯泡，L 是一个自感系数相当大的线圈。

以下说法正确的是( )图3A.开关闭合到电路中电流稳定的时间内，A 灯立刻亮，并亮度保持稳定B.开关闭合到电路中电流稳定的时间内，B 灯立刻亮，并亮度保持稳定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 灯解析 开关闭合，A 灯立刻亮，因为电源没有内阻，所以A 灯两端的电压保持不变，灯泡亮度稳定，故A 正确；因为L 是一个自感系数相当大的线圈，所以开关闭合时B 灯不亮，然后逐渐变亮，最后亮度稳定，故B 错误；两个灯泡电阻一样，若L 也没有电阻，则断开前后A 灯的电流相同，不会闪亮；若L 有电阻，则通过B 灯的电流小于A 灯的电流，所以A 灯也不会闪亮一下，故C 错误；开关断开后瞬间，L 产生感应电流，在回路中通过A 灯的电流方向为从右向左，故D 正确。

答案 AD名师点睛 分析通电自感需抓住三点：(1)通电瞬间自感线圈处相当于断路；(2)电流增大过程中自感线圈对电流有阻碍作用；(3)电流稳定时自感线圈相当于导体。

【例4】在如图4所示的电路中，L A、L B为两个完全相同的灯泡，L为自感线圈，在S闭合状态下，L A、L B都能正常发光。

现突然断开S，则( )图4A.L A、L B会突然亮一下再熄灭B.L A会突然亮一下再熄灭，L B突然熄灭C.L A、L B同时变暗到熄灭D.L B先熄灭，L A后熄灭解析在S接通状态下，L A、L B都能正常发光，则两支路的电流相等，都为I；当开关S断开时，由L A、L B及线圈组成闭合回路，电流由I减小，所以L A、L B中电流不会比原来大，因此L A、L B一定不会突然亮一下，而是同时变暗到熄灭，选项C正确，A、B、D错误。

答案 C规律总结分析断电自感中灯泡出现闪亮的方法如图5所示的电路，电路达到稳定状态后，设通过线圈L和灯L A的电流分别为I1和I2，当开关S断开时，电流I2立即消失，但是线圈L和灯L A组成了闭合回路，由于L的自感作用，I1不会立即消失，而是在与灯泡组成的回路中，逐渐减弱并维持短暂的时间。

图5(1)若开始I1>I2，则灯L A会闪亮一下(I1、I2差别越大闪亮越明显，但差别过大有可能会烧坏灯泡)；即当线圈的直流电阻R L<R LA时，会出现L A灯闪亮的情况。

(2)若R L≥R LA，I1≤I2，则不会出现L A灯闪亮一下的情况，但灯泡会逐渐熄灭。

1.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现象，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.互感现象在电力工程以及电子电路中不会影响电路的正常工作解析互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间，会影响电路的正常工作，选项D 错误。

答案ABC2.如图6所示是一种延时开关。

当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通，当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放。

则( )图6A.由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用B.由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用C.如果断开B线圈的S2，无延时作用D.如果断开B线圈的S2，延时将变长解析根据题中所提供的信息，不难发现延时开关的基本工作原理：当S1闭合时，电磁铁F 将衔铁D吸下，C线路接通。

这时虽然B线圈的S2闭合，但通过它的磁通量不变，所以没有电磁感应现象发生。

当S1断开时，A线圈立即断路，不会发生电磁感应，但通过B线圈的磁通量减少，由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用，选项B正确；如果此时断开B线圈的S2，则B线圈虽然产生感应电动势，但不产生感应电流，不能吸引衔铁D，无延时作用，选项C正确。

答案BC3.关于自感现象，正确的说法是( )A.自感电动势一定和原来的电流方向相反B.对于同一线圈，当电流变化越大时，线圈产生的自感电动势也越大C.对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈的自感系数也越大D.对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈中的自感电动势也越大解析当电流增加时，自感电动势的方向与原来的电流反向，当电流减小时，自感电动势的方向与原来的电流同向，故选项A错误；自感电动势的大小，与电流变化快慢有关，与电流变化大小无关，故选项B错误，选项D正确；自感系数只取决于线圈的本身因素，与电流变化快慢无关，故选项C错误。

答案 D4.在生产实际中，有些高压直流电路含有自感系数很大的线圈，当电路中的开关S由闭合到断开时，线圈会产生很高的自感电动势，使开关S处产生电弧，危及操作人员的人身安全。

为了避免电弧的产生，可在线圈处并联一个元件，下列方案可行的是( )解析闭合S时，二极管处于反向截止状态，不影响电路正常工作。

断开S时，由于自感现象，线圈跟二极管D组成闭合回路，此时二极管处于正向导通，可以避免电弧的产生，故选项D正确。

答案 D5.如图7所示为测定自感系数很大的线圈L直流电阻的电路，L的两端并联一个电压表，用来测量自感线圈的直流电压。

在测量完毕后，将电路拆解时应( )图7A.先断开S1B.先断开S2C.先拆除电流表D.先拆除电压表解析若先断开S1，线圈与电压表组成闭合电路，这时，流过电压表的电流与原来方向相反，电压表的指针将反向转动，容易损坏电压表。