高二下学期物理人教版选择性必修第二册课件：2.4互感和自感

线圈L的直流电阻较小)
单位：
，符号： .
(多选)在如图9所示的电路中，L是一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈，D1、D2和D3是三个完全相同的灯泡，E是内阻不计的电源.
当电流从“－”接线柱流入时，指针向左摆(本题中的指针摆向是相对于电流表零刻度而言的).
答案 S闭合时，流过灯泡A中的电流方向向左，S断开瞬间，流过灯泡A中的电流方向向右，所以开关S断开前后，流过灯泡的电流方向相反.
第二章 电磁感应
学习目标
1.了解互感现象及其应用.
2.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.了解自感电动势的表达式E＝LΔΔIt ，知道自感系数的决定因素. 4.了解自感现象中的能量转化.
内容索引
NEIRONGSUOYIN
知识梳理 重点探究 随堂演练 课时对点练
知识梳理
一、互感现象 1.互感和互感电动势：两个相互靠近但导线不相连的线圈，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，这种现象叫作互感，这种感应电动势叫作 互感电动势 . 2.应用：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.
送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递
阻忽略不计，A、B为两个完全相同的灯泡，当S闭合时，A灯__缓__慢____ 例3 (多选)(2019·天津市检测)在如图7所示的甲、乙两个电路中，电阻R和自感线圈L的直流电阻都很小.
S断开瞬间，A板带正电，B板带负电
解析 在题图甲中断开S1瞬间，灯A1突然闪亮，说明断开S1前，L1中的电流大于A1中的电流，故L1的阻值小于A1的阻值，A、B错误；
图6
答案 S闭合时，流过灯泡A中的电流方向向左，S断开瞬间，流过灯泡 A中的电流方向向右，所以开关S断开前后，流过灯泡的电流方向相反.
(2)在开关断开过程中，有时灯泡闪亮一下再熄灭，有
时灯泡只会缓慢变暗直至熄灭，请分析上述两种现象发
生的原因是什么？
图6
答案 在开关断开后灯泡又闪亮一下的原因是：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.要想使灯泡闪亮一下再 熄灭，就必须使自感线圈的直流电阻小于与之并联的灯泡电阻.而当线圈 直流电阻大于或等于灯泡电阻时，灯泡只会缓慢变暗直至熄灭.
如图3(a)所示，线圈ab、cd绕在同一软铁芯上.
t4时刻A环中电流为零，两环无相互作用，D错误.
t4时刻A环中电流为零，两环无相互作用，D错误.
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.
(1)两个线圈相距较近时，可以产生互感现象，相距较远时，不产生互感现象.
的电流，则A产生恒定的磁场，B中的磁通量不发生变
知识深化 1.当线圈中的电流减小时，自感电动势的方向与原电流方向相同. 2.断电自感中，由于自感电动势的作用，线圈中电流从原值逐渐减小.若 断开开关瞬间通过灯泡的电流大于断开开关前的电流，灯泡会闪亮一下 再熄灭；若断开开关瞬间通过灯泡的电流小于或等于断开开关前的电流， 灯泡不会闪亮一下，而是逐渐变暗直至熄灭. 3.自感电动势 E＝LΔΔIt，总是阻碍线圈中电流的变化，但不能阻止线圈中 电流的变化.
现象.( × ) (2)自感现象中，感应电流一定与原电流方向相反.( × ) (3)线圈的自感系数与电流大小无关，与电流的变化率有关.( × ) (4)线圈中电流最大的瞬间可能没有自感电动势.( √ )
若M向2右.运如动，即图M正1远所离原线示圈，，电路中电源内阻不能忽略，L的自感系数很大，其直流电
二、通电自感现象
导学探究 如图4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，观察两只灯泡在电路接通瞬间的发光
情况有什么不同？根据楞次律分析该现象产生的原因.
图4
答案 现象：灯泡A2立即发光，灯泡A1逐渐亮起来.
原因：电路接通时，电流由零开始增加，穿过线圈L的磁通量逐渐增加，
(4)线圈中电流最大的瞬间可能没有自感电动势.
闭合开关S，电路稳定时，B灯恰能正常发光.
如图3所示，电磁感应式无线充电的原理与变压器类似，通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量.
t1时刻，两环作用力最大
在电路甲中，断开开关S，灯泡A将逐渐变暗
图1
重点探究 一、互感现象 导学探究 如图2所示，在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接， 当一个线圈中的电流变化时，在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？
变亮，B灯__立__即____变亮.当S断开时，A灯__缓__慢____熄灭，B灯__缓__慢____ 自感电动势：
是
；
开关S断开时，b、c灯立即熄灭，a灯逐渐熄灭
在ab线圈中通以变化的电流，用示波器测得线圈cd间电压随时间变化的关系如图(b)所示，已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比，则下列选项图中描述线圈ab中电流随时间
亮，然后逐渐变暗
解析 在电路甲中，设通过线圈L的电流为IL1，
通过A及R的电流为I 和I . 有一部分能量会以电磁波的形式散发到周围的空间中损失掉，也有一部分能量转化为手机的内能损失掉，故D错误.
例如在电路板的刻制时就要设法减小电路间的互感现A象1.
R1
当电流从“＋”接线柱流入时，指针向右摆；
同理，设电路乙中通过 L、A、R的电流分别 在ab线圈中通以变化的电流，用示波器测得线圈cd间电压随时间变化的关系如图(b)所示，已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比，则下列选项图中描述线圈ab中电流随时间
；L是 自感系数 ，
2.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.
四、磁场的能量 1.线圈中电流从无到有时，磁场从无到有，电源把能量输送给 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.
即学即用
1.判断下列说法的正误. (1)两个线圈相距较近时，可以产生互感现象，相距较远时，不产生互感
图2 答案 两个线圈之间并没有导线相连，但当一个线圈中的电流变化时， 它所产生的变化的磁场会使穿过另一个线圈的磁通量发生变化，从而产 生感应电动势.
知识深化
1.当一个线圈中的电流变化时，它产生的磁场就发生变化，变化的磁场在周围 空间产生感生电场，在感生电场的作用下，另一个线圈中的自由电荷定向运 动，于是产生感应电动势. 2.一个线圈中电流变化越快(电流的变化率越大)，另一个线圈中产生的感应电 动势越大. 3.应用与危害 (1)应用：变压器、收音机的磁性天线都是利用互感现象制成的. (2)危害：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， 这时要设法减小电路间的互感.例如在电路板的刻制时就要设法减小电路间的 互感现象.
图5
解析 S闭合时，由于与A灯串联的线圈L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， 所以B比A先亮，稳定后，流过B灯支路的电流变小， 所以B灯逐渐变暗，故B正确.
三、断电自感现象 自感系数
导学探究 如图6所示，线圈L的自感系数很大，先闭
合开关使灯泡发光，然后断开开关.
(1)开关断开前后，流过灯泡的电流方向相同吗？
考点三 自感现象中的图像问题
在电路甲中，自感电流从I 逐渐减小，通过灯泡A的电流也从I 逐渐减 在t＝0时刻，闭合开关S，电路稳定后在t1时刻断开开关
L1 L1 电线圈中产生的感应电流也是周期性变化
线圈的自感系数仅由线圈自身的因素决定，如：线圈的横截面积、长度、单位长度上的线圈匝数、有无铁芯等，与其他因素无关，故选项C错误，选项D正确.
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.
知识深化
1.自感现象也是电磁感应现象，也符合楞次定律，可表述为自感电动势 总要阻碍引起自感电动势的原电流的变化. 2.当线圈中的电流增大时，自感电动势的方向与原电流的方向相反，阻 碍电流的增大，使电流从零逐渐增大到稳定值，但不能阻止电流的增大. 3.电流稳定时自感线圈相当于导体(若直流电阻为零，相当于导线).
例1 (多选)(2020·天津卷)手机无线充电是比较新颖的充电方式.如图3所
示，电磁感应式无线充电的原理与变压器类似，通过分别安装在充电基
座和接收能量装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量.当充电基座上的
送电线圈通入正弦式交变电流后，就会在邻近的受电线圈中感应出电流，
最终实现为手机电池充电.在充电过程中
4.自感系数L (1)自感系数简称自感或电感，不同的线圈，在电流变化率相同的条件下， 产生的自感电动势不同，电学中用自感系数来表示线圈的这种特性. (2)线圈的长度越长，面积越大，单位长度上匝数越多，线圈的自感系数 就越大.线圈中有铁芯时比无铁芯时自感系数大. (3)单位：亨利，符号H,1 H＝103 mH＝106 μH.
变化关系的图像，可能正确的是
而当线圈直流电阻大于或等于灯泡电阻时，灯泡只会缓慢变暗直至熄灭.
为I 、I 、I . 在电路乙中，断开开关S，灯泡A将逐渐变暗
图乙中，闭合S2瞬间，L2中电流与
S闭合，稳定后L，2电容器被A短2路，电容R器2两端的电压
解析 开关S闭合瞬间，A和B同时发光，故A正确；
当断开开关S时，线圈L相当于电源，产生了自感电动势，在L、R、A回 电阻RL小于灯泡的电阻R.
例3 (多选)(2019·天津市检测)在如图7所示的甲、乙两个电路中，电阻R
和自感线圈L的直流电阻都很小.闭合开关S，使电路达到稳定，则
√A.在电路甲中，断开开关S，灯泡A将逐渐变暗
B.在电路甲中，断开开关S，灯泡A将先变得更
亮，然后逐渐变暗
C.在电路乙中，断开开关S，灯泡A将逐渐变暗
图7
√D.在电路乙中，断开开关S，灯泡A将先变得更
变化关系的图像，可能正确的是
熄灭.(均选填“立即”或“缓慢”) 在电路乙中，自感电流从IL2逐渐减小，灯泡A的电流也从IL2逐渐减小，因为IL2>IA2，所以灯泡A将先变得更亮，然后逐渐变暗，故选项A、D正确.
例2 (2019·长沙一中高二检测)如图5所示，电路中电源的内阻不能忽略，电阻R的阻值和线圈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(
二、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 不仅在邻近的电 路中激发出感应电动势，同样也在线圈 本身 激发出感应电动势，这种 现象称为自感.由于自感而产生的感应电动势叫作 自感电动势 .
三、自感系数 1.自感电动势：E＝L__ΔΔ_It_，其中ΔΔIt 是 电流的变化率 简称自感或电感.单位： 亨利 ，符号： H .
答案 S闭合时，流过灯泡A中的电流方向向左，S断开瞬间，流过灯泡A中的电流方向向右，所以开关S断开前后，流过灯泡的电流方向相反.
有电流通过A灯，方向为b→a
路中产生了自感电流. 解析 如题图所示，钻头M上有一闭合线圈，
例1 (多选)(2020·天津卷)手机无线充电是比较新颖的充电方式. 例如在电路板的刻制时就要设法减小电路间的互感现象.
例2 (2019·长沙一中高二检测)如图5所示，电路中电源的内阻不能忽略，
电阻R的阻值和线圈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(线圈L的直流电阻较小)
A.A比B先亮，然后A灭
√B.B比A先亮，然后B逐渐变暗
C.A、B一起亮，然后A灭
D.A、B一起亮，然后B灭
√A.送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化
B.受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变
√C.送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递
图3
D.手机和基座无需导线连接，这样传递能量没有损失
解析 送电线圈中通入的是正弦式交变电 流，故产生的磁场也是周期性变化的，受 电线圈中产生的感应电流也是周期性变化 的，感应电流产生的磁场也是周期性变化 的，故A正确，B错误； 送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递，故C正确； 有一部分能量会以电磁波的形式散发到周围的空间中损失掉，也有一部 分能量转化为手机的内能损失掉，故D错误.