高中物理第二章电磁感应4互感和自感课件新人教版选择性

3．如图所示，电路中电源内阻不能忽略，R 的阻值和 L 的自感系数都很大，A、
B 为两个完全相同的灯泡。当 S 闭合时，下列说法正确的是
()
A．A 比 B 先ຫໍສະໝຸດ ，然后 A 熄灭 B．B 比 A 先亮，然后 A 逐渐变亮 C．A、B 一起亮，然后 A 熄灭 D．A、B 一起亮，然后 B 熄灭 解析：闭合开关的一瞬间，由于线圈中自感电动势的阻碍，B 灯先亮，A 中 电流逐渐增大，A 灯逐渐变亮，B 正确。 答案：B
[要点归纳] 1．通电瞬间自感线圈处相当于断路。 2．接通瞬间，电路中的电流要增大，线圈产生自感电动势的方向与原电流 的方向相反，阻碍电流的增大，使电流逐渐增大到稳定状态。 3．稳定时自感线圈相当于电阻(若线圈无电阻，则相当于导线)。
[例题 1] 如图所示，灯 L1、L2 完全相同，带铁芯的线
圈 L 的电阻可忽略，则
[初试小题]
1．判断正误。
(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。
( ×)
(4)变压器是利用互感现象制成的。
(√ )
2．如图所示，在同一铁芯上绕着两个线圈 A、B， 单刀双掷开关原来接“1”，现在把它从“1”扳向 “2”，则在此过程中，电阻 R 中的电流方向是 () A．先由 P→Q ，再由 Q →P
B．I1 开始很小而后逐渐变大
C．I2 开始很小而后逐渐变大
D．I2 开始较大而后逐渐变小
解析：闭合开关 S 时，由于 L 是一个自感系数较大的线圈，产生反向的自感电动 势阻碍电流的变化，所以开始 I2 很小，随着电流达到稳定，自感作用减小，I2 开始逐渐变大。闭合开关 S 时，由于线圈阻碍作用很大，路端电压较大，随着自 感作用减小，路端电压减小，所以 R1 两端的电压逐渐减小，电流逐渐减小。故 A、C 正确。 答案：AC
提示：当开关 S 断开后，线圈 A 中的电流减小并消失时，穿过线圈 B 的磁通量 减小，因而在线圈 B 中将产生感应电流，根据楞次定律，感应电流的磁场要阻碍 原磁场的减小，这样就使铁芯中磁场减弱得慢些，即在开关 S 断开后一小段时间 内，铁芯中还有逐渐减弱的磁场，这个磁场对衔铁 D 依然有力的作用，因此，弹 簧 K 不能立即将衔铁拉起。
2．[多选]在如图所示的电路中，电源电动势为 E，内阻 r 不
能忽略。R1 和 R2 是两个定值电阻，L 是一个自感系数较
大，电阻可忽略的线圈。开关 S 原来是断开的，从闭合
开关 S 到电路中电流达到稳定状态为止的时间内，通过
R1 的电流 I1 和通过 R2 的电流 I2 的变化情况是
()
A．I1 开始较大而后逐渐变小
[初试小题]
1．判断正误。
(1)线圈的自感系数与电流大小无关，与电流的变化率有关。
(× )
(2)线圈自感电动势的大小与自感系数 L 有关，反过来，L 与自感电动势也有关。
(3)线圈中电流最大的瞬间可能没有自感电动势。
( ×) (√ )
(4)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。 ( × )
[初试小题]
1．判断正误。
(1)有电流的线圈能量储存在磁场中。
(√ )
(2)断电自感中，灯泡的能量来源于磁场。
(√ )
(3)通电自感中，电源把能量输送给磁场。
(√ )
(4)线圈的自感系数越大，自感现象越明显，线圈能够体现电的“惯性”。( √ )
2．一种延时继电器的示意图如图所示。铁芯上有两个 线圈 A 和 B。线圈 A 跟电源连接，线圈 B 两端连在 一起，构成一个闭合电路。在断开开关 S 的时候， 弹簧 K 并不会立刻将衔铁 D 拉起而使触头 C(连接 工作电路)离开，而是经过一小段时间后才执行这个 动作。延时继电器就是因此而得名的。 请解释：当开关 S 断开后，弹簧 K 为何不会立即将衔铁拉起。
势的作用是
()
A．使电路中的电流减小，最后由 I 减小到零
B．有阻碍电流的作用，最后电流小于 I
C．有阻碍电流增大的作用，故电流总保持不变
D．有阻碍电流增大的作用，但电流还是增大，最后变为 2I
解析：当 S 闭合后，电路总电阻减小，电流增大，线圈产生自感电动势阻碍电流 增大，但“阻碍”并不是“阻止”，电流最终仍增大到 2I，故选项 D 正确。 答案：D
[要点归纳] 1．对断电自感的理解 (1)如图所示，当电流处于稳定状态时，流过 L 的电流 I1＝Er (电源内阻不计)，方向由 a→b，流过灯泡的电流 I2＝ ER。断开 S 的瞬间，I2 立即消失，而由于线圈的自感，I1 不会马上消失，线圈力图维持 I1 的存在，所以线圈上产生一个 b 端为正、a 端为 负的自感电动势，与灯泡组成 abcd 回路，此时流过灯泡的电流则由 I2 变成 I1， 方向由 d→c 变成 c→d。可见通过灯泡的电流大小与方向都发生了变化。
[知识梳理] 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的现象。产生的电动势叫作互感电动势。 2．应用 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、收音机的“磁 性天线”就是利用互感现象制成的。 3．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。
第2章 电磁感应 4 互感和自感
核心素养目标
1．了解互感现象及互感现象的应用，知道什 么是互感现象和自感现象。
2．观察通电自感和断电自感实验现象，了解 自感现象，认识自感电动势的作用，能够 通过电磁感应的有关规律分析通电自感和 断电自感现象。
3．了解自感现象中自感电动势的作用，了解 自感电动势的表达式 E＝LΔΔIt，理解自感系 数和自感系数的决定因素。
综上分析可知，全过程中流过电阻 R 的电流方向先是由 P→Q ，然后是由 Q →P， 所以 A 正确。 答案：A
知识点二 自感现象 自感系数 [情境导学] 如图所示，无轨电车在行驶过程中，由于车身颠簸，
车顶上的集电弓瞬间脱离电网线，这时可以观察到有电 火花闪现。你知道产生电火花的原因吗？
提示：集电弓脱离电网线的瞬间电流减小，由于自感产生的自感电动势很大， 在集电弓与电网线的空隙处产生电火花。
(1)当流过线圈的电流从零开始增大，也可理解为线圈的电阻由无穷大逐渐减 小到零。
(2)当流过线圈中的电流稳定后，线圈相当于导线；如果线圈对电流有阻碍作 用，则相当于纯电阻。
[针对训练]
1．如图所示，多匝线圈和电池的内阻均为零，两个电阻
的阻值均为 R，开关 S 断开时，电路中的电流为 I。现
将 S 闭合，于是电路中产生自感电动势，此自感电动
知识点三 磁场的能量 [情境导学] 断电自感现象中，在断开开关后，灯泡仍然亮一会，是否违背能量守恒定律？ 提示：不违背。断电时，储存在线圈内的磁场能转化为电能，用以维持回路
保持一定时间的电流，直到电流为零时，磁场能全部转化为电能并通过灯泡(或 电阻)转化为内能，可见自感现象遵循能量守恒定律。
[知识梳理] 1．自感现象中的磁场能量 (1)线圈中电流从无到有时，磁场从无到有，电源的能量输送给磁场，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．电的“惯性” 自感电动势有阻碍线圈中电流变化的“惯性”。
B．先由 Q →P，再由 P→Q
C．始终由 Q →P
D．始终由 P→Q
解析：由于 A 线圈磁场变化，使 B 线圈产生感应电流，这就是互感。将开关由 1 扳到 2 的过程中，分两个阶段来分析电阻 R 上的电流方向。第一个阶段，在 开关和 1 断开过程中，线圈 A 中电流沿原方向减小到零，线圈 A 的磁场自右 向左并且也跟着减弱，导致穿过线圈 B 的磁通量减少。由楞次定律知，线圈 B
对通电自感的理解 [问题探究] 如图所示，两个灯泡 A1、A2 规格相同，实验前先闭合开 关 S，调节电阻 R2，使两个灯的亮度相同，再调节可变电阻 R1，使它们都正常发光，然后断开开关 S。进行实验并思考 以下问题： 重新接通电路，在闭合开关后，观察到两个灯泡的发光情况是怎样的？ 提示：A2 立即发光，A1 比 A2 亮得晚，但最终一样正常发光。
与原电流方向相同
D．断开开关时，A 灯会突然闪亮一下后再熄灭
解析：合上开关时，B 灯立即正常发光，A 灯所在的支路中，由于 L 产生的自感 电动势阻碍电流的增大，A 灯将延后一些时间才能达到正常发光状态，故选项 A 错误，B 正确；断开开关时，L 中产生与原电流方向相同的自感电流，流过 A 灯 的电流方向与原电流方向相同，流过 B 灯的电流方向与原电流方向相反，选项 C 错误；因为断开开关后，由 L 作为电源提供的电流是从原来稳定时通过 L 的电流 值逐渐减小的，所以 A、B 两灯只是延缓一些时间熄灭，并不会比原来更亮，选 项 D 错误。 答案：B
对断电自感的理解
[问题探究] 如图所示为演示断电自感的电路，先闭合开关使灯泡发 光，然后断开开关。回答以下问题： 为什么灯泡 A 不立即熄灭？ 提示：电源断开时，A 中由电源提供的电流瞬间变为零，而通过线圈 L 的电 流减小，线圈中会产生自感电动势，且线圈 L 与灯泡 A 构成闭合回路，线圈 L 对 A 进行供电，所以灯泡 A 不会立即熄灭。
()
A．S 闭合的瞬间，L1、L2 同时发光，接着 L1 变暗，L2
变亮，最后 L1 熄灭
B．S 闭合瞬间，L1 不亮，L2 立即变亮
C．S 闭合瞬间，L1、L2 都不立即变亮
D．稳定后再断开 S 的瞬间，L2 熄灭，L1 比 L2(原先亮度)更亮
[思路点拨] 解答本题应把握以下两点： (1)闭合 S 瞬间，线圈 L 由于自感，对电流有阻碍作用，等稳定后，由于线 圈 L 的电阻可忽略，所以相当于短路。 (2)断开 S 的瞬间，线圈 L 由于自感，且线圈 L 与灯泡 L1 组成了回路，所以 电流不会立即消失。
[解析] S 接通的瞬间，线圈 L 支路中电流从无到有发生变化，因此，线圈 L 中产生的自感电动势阻碍电流增加。由于有铁芯，自感系数较大，对电流的阻 碍作用也就较强，所以 S 接通的瞬间线圈 L 中的电流非常小，即干路中的电流几 乎全部流过 L1、L2，所以 L1、L2 会同时亮。又由于线圈 L 中电流很快稳定，感 应电动势很快消失，L 的阻值可忽略，对 L1 起到“短路”作用，因此，L1 熄灭。 这时电路的总电阻比刚接通时小，由恒定电流知识可知，L2 会比以前更亮。稳定 后再断开 S 的瞬间，L2 立即熄灭，L1 由于线圈产生感应电动势而亮一下再熄灭， 断开 S 前流过线圈 L 的电流和流过灯 L2 的电流相同，所以断开 S 时，L1 与 L2 断开前的亮度一样，故 A 正确，B、C、D 错误。 [答案] A
[知识梳理] 1．自感现象 当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场在它本身激发出 感应 电动势 的现象。 2．自感电动势 由于自感 而产生的感应电动势。
3．自感电动势的大小 E＝LΔΔIt，其中 L 是自感系数，简称自感 或电感 ，单位：亨利 ，符号为 H。 4．自感系数大小的决定因素 自感系数与线圈的大小、形状、匝数，以及是否有铁芯 等因素有关。
2．在如图所示的电路中，A、B 是两个相同的小灯泡。L 是
一个带铁芯的线圈，其电阻可忽略不计。调节 R，电路稳
定时两小灯泡都正常发光，则
()
A．合上开关时，A、B 两灯同时正常发光；断开开关时，
A、B 两灯同时熄灭
B．合上开关时，B 灯比 A 灯先达到正常发光状态
C．断开开关时，A、B 两灯都不会立即熄灭，通过 A、B 两灯的电流方向都
中会产生右上左下的感应电流，即流过电阻 R 的电流方向是由 P→Q ；第二个 阶段，在开关和 2 相接的过程中，线圈 A 中电流由零沿原方向增大，线圈 A 的磁场自右向左并且也跟着增强，导致穿过线圈 B 的磁通量增加。由楞次定律
知，线圈 B 中会产生左上右下的感应电流，即通过电阻 R 的电流方向是由 Q →P。
4．通过对自感现象的研究，了解磁场的能量。
知识点一 互感现象 [情境导学] 如图所示，两个线圈 A、B 之间并没有导线相连，线
圈 A 与手机(或 MP3 等)的音频输出端连接，线圈 B 与扩音 器的输入端连接。把线圈 A 插入线圈 B 时就能在扩音器上 听见由手机输出的声音，这是为什么？
提示：利用电磁感应把能量从一个线圈传递到另一个线圈。