高中物理选修3-2导学案(含答案)：4.6 互感和自感

§4.6 互感和自感
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【学习指导】：
1兴趣、好奇心、不断尝试、自主性、积极性
2动脑思考
3听懂是骗人的，看懂是骗人的，做出来才是自己的
4不仅要去学习，而且要学出效果，还要提高效率。

5保证效果就要每个点都要达标。

达标的标准是能够“独立做（说、写）出来”，不达标你的努力就体现不出来
6该记的记，该理解的理解，该练习的练习，该总结的总结，勿懈怠！
7费曼学习法：确定一个学习的知识点；假设你在教授别人该知识点；遇到卡壳时回顾相关知识点；简化你的语言，达到通俗易懂的程度。

该法尤其适合概念、定义、定理、定律等的理解和记忆。

8明确在学习什么东西，对其中的概念、定律等要追根溯源，弄清来龙去脉才能理解透彻、应用灵活
9总结：
9.1每题总结：每做完一道题都要总结该题涉及的知识点和方法
9.2题型总结：先会后熟，一种题型先模仿、思考，弄懂后，总结出这类题型的出现特
征、解题方法，然后再多做几道同类型的，直到遇到这种题型就条件反射得知道怎
么做
9.3小节总结：总结该小节的知识结构、常见题型及做法
9.4章节总结：总结该章节的知识结构、常见题型及做法
10独立、限时、满分作答
11步骤规范，书写整洁
12多做多思，孰能生巧，熟到条件反射，这样一是能见到更多的出题方式，二是能提高做题速度
13根据遗忘曲线，进行循环复习
14错题本的建立：在每次发的试卷资料的右上角写上日期，同一科目的试卷按日期顺序放好。

在做错的题号上画叉号，在不会做的题号上画问号，以后就是一本很好的错题集。

其他资料亦如此处理。

这种方式简单实用。

同时，当你积攒到一定程度，看到自己做过的厚厚的资料，难道不会由衷的产生一种成就感么？！
【一分钟德育】
悖论之我知我无知
苏格拉底有句名言：“我只知道一件事，那就是我一无所知。

”
这个说法本身就是悖论，展现了自我参照的表述（self- referential statement）的复杂性。

而这也是西方哲学先贤带给我们的重要启示：你得问你以为你知道的一切。

越是问东问西问长问短打破砂锅问到底，越会发现身边正有一大波悖论呼啸而过。

【回眸一瞥】
电磁感应现象的产生条件
感生电场
【目标及达标标准】
（一）知识与技能
1．了解什么是互感现象和自感现象。

2．知道互感、自感现象的利与弊及对它们的利用和防止。

3．了解自感电动势大小的计算式，知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量，知道它的单位及其大小的决定因素。

4．能够通过电磁感应部分知识分析通电、断电自感现象的原因，能用电磁感应原理，解释生产和生活中的某些自感现象。

（二）过程与方法
1．通过对实验的观察和讨论，培养学生的观察能力、分析推理能力和运用物理知识解决实际问题的能力。

2．通过互感、自感现象的利弊学习，培养学生客观全面认识问题的能力。

（三）情感态度与价值观
1．通过演示实验提升学生的学习兴趣，体会物理知识的应用。

培养、提高学生尊重科学，利用实验探索研究自然的科学素养。

2．通过师生之间、生生之间互动的过程，激发学生的探究热情，营造科研的氛围。

3．通过了解自感的应用与防止，体会物理知识与技术的融合之美。

4．互感和自感是电磁感应现象的特例，使学生初步形成特殊现象中有它的普遍规律，而普遍规律中包含了特殊现象的辩证唯物主义观点。

【重点、难点】
1.自感现象产生的原因
2.自感电动势的作用
3.运用自感知识解决实际问题。

【教学方法】
实验与理论探究；师生、生生互动；讨论法。

【教学用具】
带铁芯的线圈、导线绕制的小线圈、小灯泡、小音箱、MP3播放器、学生电源、干电池、通电和断电自感实验示教板、打火机、导线、开关、多媒体课件。

【物理背景、物理模型】
互感和自感现象
【导读导思】达标标准：思考并完成下列问题和任务，并能独立向别人表述出来（书面或口述）自主学习、课前诊断
先通读教材，画出本节课中的基本概念及物理规律，回答导学案预习中涉及的问题，独立完成，限时25分钟。

一、互感现象：阅读课本第22页“互感现象”部分，思考并回答下列问题：
什么是互感现象？
互感现象只发生在绕在同一铁芯上的两个线圈之间吗？还有哪些情景？
举出几个互感的应用和防范的例子。

互感现象中能量是如何传递的？
二、自感现象：阅读课本第22-24页“自感现象”部分，思考并回答下列问题：
观察下列两个实验现象，左图中，断开开关，灯泡会不会立即熄灭？右图中，打开开关，哪个灯泡先亮起来？
什么是自感现象？并利用自感原理解释上述实验。

举个自感现象的危害的例子，如何防范？
什么是自感系数？如何推出来的？自感系数的单位是什么？其大小和什么有关？
三、磁场的能量：阅读课本第24页“磁场的能量”部分，思考并回答下列问题：
初步理解磁场的能量的含义
【巩固练习】
1.达标标准：（1）每道题都能独立做出来，并总结涉及的知识点；（2）尝试总结出常见题型及其做法。

2.本试卷分第I卷（选择题）和第II卷（非选择题）两部分。

3.限时训练：请计时，在保证正确的情况下，尽量快些。

提高效率，节省时间，提高专注力。

第I卷（选择题）
选择题（每题6分，多选题对而不全得3分，错选得0分）
1.(多选)在空间某处存在一变化的磁场，则下列说法中正确的是( )
A．在磁场中放一闭合线圈，线圈中一定会产生感应电流
B．在磁场中放一闭合线圈，线圈中不一定产生感应电流
C．磁场中不放闭合线圈，在变化的磁场周围一定不会产生电场
D．磁场中不放闭合线圈，在变化的磁场周围一定会产生电场
2.(多选)某线圈通有如图1所示的电流，则线圈中自感电动势改变方向的时刻有( )
A．第1 s末 B．第2 s末 C．第3 s末 D．第4 s末
3.(单选)在如图所示的电路中，L为电阻很小的线圈，G1和G2为零刻度在表盘中央的两相同的电流表。

当开关S闭合时，电流表G1、G2的指针都偏向右方，那么当断开开关S时，将出现的现象是( )
A．G1和G2指针都立即回到零点
B．G1指针立即回到零点，而G2指针缓慢地回到零点
C．G1指针缓慢地回到零点，而G2指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点
D．G2指针缓慢地回到零点，而G1指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点
4.(单选)如图是用于观察自感现象的电路图。

若线圈的直流电阻R L与灯泡的电阻R满足R L＜R，则在开关S 由闭合到断开的瞬间，可以观察到( )
A．灯泡立即熄灭 B．灯泡逐渐熄灭
C．灯泡有明显的闪亮现象 D．只有在R L≫R时，才会看到灯泡有明显的闪亮现象
5.(单选)在如图所示的电路中，两个相同的小灯泡L1和L2分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器R。

闭合开关S后，调整R，使L1和L2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S。

若t′时刻再闭合S，则在t′前后的一小段时间内，正确反映流过L1的电流i1、流过L2的电流i2随时间t变化的图像是( )
6.(多选)如图所示，A、B是两个相同的小灯泡，电阻均为R，R0是电阻箱，L是自感系数较大的线圈。

当S 闭合调节R0的阻值使电路稳定时，A、B亮度相同。

则在开关S断开时，下列说法中正确的是( )
A．B灯立即熄灭 B．A灯一定将比原来更亮一些后再熄灭
C．若R0＝R，则A灯立即熄灭 D．有电流通过A灯，方向为b→a
7.(单选)如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，线圈的自感系数很大，线圈的直流电阻R L与灯泡的电阻R满足R L<R。

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。

下列表示通过灯泡的电流随时间变化的图像中，正确的是( )
8.(多选)在如图所示的电路中，自感线圈的电阻值为0，开关S1原来是闭合的，电路已达到稳定。

则下列操作与对应的描述正确的是( )
A．闭合S2时，流经电阻R2的电流方向为a→b
B．断开S1时，流经电阻R2的电流方向为a→b
C．先闭合S2，待电路稳定后，再断开S2时，有电流流过R2
D．电路稳定时，流经R2的电流方向为a→b
第II卷（非选择题）
注意事项：用钢笔或圆珠笔答在答题卡中指定位置（用铅笔答卷不得分，作图除外）
解答题（每题12分）
9．如图所示是一种触电保护器，变压器A处用双股相线(火线)和零线平行绕制成线圈，然后接到用电器上，B处有一个输出线圈，一旦有电流，经放大后便能立即推动继电器J切断电源，下列情况下能起保护作用的是哪一种？说明理由。

(1)增加开灯的盏数，能否切断电源？
(2)双手分别接触相线和零线，能否切断电源？
(3)单手接触相线，脚与地相接触而触电，能否切断电源？
10．如图所示，图甲为某同学研究自感现象的实验电路图，用电流传感器显示各时刻通过线圈L的电流。

电路中电灯的电阻R1＝6.0 Ω，定值电阻R＝2.0 Ω，A、B间的电压U＝6.0 V。

开关S原来闭合，电路处于稳定状态，在t1＝1.0×10－3 s时刻断开开关S，该时刻前后电流传感器显示的电流I随时间t变化的图线如图乙所示。

(1)求出线圈L的电阻R L；
(2)在图甲中，断开开关后通过电灯的电流方向如何？
(3)在t2＝1.6×10－3 s时刻线圈L中的感应电动势的大小是多少？
【课堂小结】
1.请列出本节的知识框架（20分，不要求多完整，把你想到的列出来就行）
2.你总结了哪几个题型？这些题怎么做？（20分，不要求多完整，把你想到的写出来就行）
3.其他你认为需要写的东西：_____________________________________________________.
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【小组任务设计】
§4.6 互感和自感
参考答案
选择题
1. 答案：BD 解析：由感应电流产生的条件可知，只有穿过闭合线圈的磁通量发生改变，线圈内才能产生感应电流，如果闭合线圈平面与磁场方向平行，则线圈中无感应电流产生，故A错误，B正确；由麦克斯韦电磁场理论可知，感生电场的产生与变化的磁场周围有无闭合线圈无关，故C错误，D正确。

2. 答案：BD 解析：在自感现象中当原电流减小时，自感电动势与原电流的方向相同，当原电流增加时，自感电动势与原电流方向相反。

在图像中0～1 s时间内原电流正方向减小，所以自感电动势的方向是正方向，在1～2 s时间内原电流为负方向且增加，所以自感电动势与其负方向相反，即沿正方向；同理分析2～3 s、3～4 s时间内可得正确答案为B、D。

3. 答案：D 解析：根据题意，电流方向自右向左时，电流表指针向右偏。

那么，电流方向自左向右时，电流表指针应向左偏。

当开关S断开的瞬间，G1中原电流立即消失，而对于G2所在支路，由于线圈L的自感作用，阻碍电流不能立即消失，自感电流沿L、G2、G1的方向在由它们组成的闭合回路中继续维持一段时间，即G2中的电流按原方向自右向左逐渐减为零，此时G1中的电流和原电流方向相反，变为自左向右，且与G2中的电流同时缓慢减为零，故选项D正确。

4. 答案：C 解析：S闭合，电路稳定时，由于R L＜R，I L＞I R，S断开瞬时，流过线圈的电流I L要减小，在L上产生自感电动势要阻碍电流的减小，通过灯泡原来的电流I R随着开关断开变为零，而灯泡与线圈形成闭合回路，流过线圈的电流I L通过灯泡，由于I L＞I R，因此灯开始有些明显闪亮，C正确，A、B错。

若R L≫R时I L≪I R，不会有明显的闪亮现象，D错。

5. 答案：B 解析：由题中给出的电路可知，电路由L与L1和L2与R两个支路并联，在t′时刻，L1支路的电流因为有L的自感作用，所以i1由0逐渐增大，L2支路为纯电阻电路，i2不存在逐渐增大的过程，所
以选项B正确。

6. 答案：AD 解析：开关S闭合时，两灯泡亮度相同，说明A、L并联电路与B、R0并联电路电阻相等，故线圈L的电阻等于R0。

开关S断开时，由于线圈自感及线圈L与灯泡A构成回路，流经线圈L的电流由原大小和方向开始在此回路中逐渐减小，只有当R0＜R时，才有I L＞I A，灯A将比原来更亮一些后再熄灭，所以灯A是否闪亮一下不能确定，但流经灯泡A的电流方向为b→a，D对B、C错；由于灯泡B与R0并联，在开关断开时电流立即为0，B灯立即熄灭，A项正确。

7. 答案：D 解析：S闭合瞬间，由于线圈的自感系数很大，故在线圈上产生很大的自感电动势，阻碍电流的增大，线圈中此时的电流几乎为零，而灯泡中有电流通过，随时间的推移，线圈对电流的阻碍作用减弱，线圈中的电流不断增大，流过电源的电流也在增大，路端电压不断减小，故通过灯泡的电流不断减小；当稳定时，由于R L<R，故线圈中的电流大于灯泡中的电流；当S断开后，线圈相当于电源对灯泡供电，回路中的电流将在稳定时通过线圈电流的基础上不断减小，通过灯泡中的电流方向与S断开前方向相反，D 正确。

8. 答案：AC 解析：由于自感线圈的电阻值为0，电路稳定时线圈两端电压为0，即与之并联的电阻R2两端电压为0，流经R2的电流为0，D错；闭合S2时，回路总电阻减小，电流增大，由于L的自感，使a端电势高于b端，流经电阻R2的电流方向为a→b，A正确；而断开S1时，b端电势高于a端，流经电阻R2的电流方向为b→a，B错；先闭合S2，待电路稳定后，再断开S2时，回路总电阻增大，电流减小，线圈产生自感电动势，R2两端电压不为0(b高a低)，有电流流过R2，C正确。

解答题
9.解析：(1)不能。

因A处线圈是采用的双线绕法，增加开灯的盏数只会使电路中电流增大，但A中两线中电流始终大小相等方向相反，磁通量相互抵消，B中磁通量不发生改变，故不能推动J切断电源。

(2)不能。

理由同(1)。

(3)能。

因为有电流通过人体而流入地下，使A中两导线中电流不再大小相等，B中磁通量发生改变，B 中产生感应电流，从而推动J切断电源。

答案：见解析
10.解析：(1)由题图可知，开关S闭合电路稳定时流过线圈L的电流I0＝1.5 A
由欧姆定律得I0＝U
R L＋R
解得R L＝U
I0
－R＝2.0 Ω
(2)断开开关后，线圈L、电阻R和电灯构成一闭合回路，由自感规律可知，电灯中的电流方向向左。

(3)由题图可知，t2＝1.6×10－3 s时刻线圈L中的电流I＝0.3 A，此时线圈L相当于电源，由闭合电路欧姆定律得
E＝I(R L＋R＋R1)＝0.3×(2.0＋2.0＋6.0) V＝3.0 V。

答案：(1)2.0 Ω(2)电灯中的电流方向向左(3)3.0 V。