高中物理 第四章 电磁感应（第5课时）互感和自感教师用书 新人教版选修

系统掌握蕴含其中的马克思主义立场观点方法，要在系统学习、深刻领会、科学把握习近平教育思想上下功夫。精心组织开展学习宣传贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神知识问答活动。第6课时互感和自感研究学考把握考情知识内容互感和自感考试要求加试b教学要求1.知道互感现象是一种常见的电磁感应现象2知道自感现象是由于通过导体自身的电流发生变化而产生的电磁感应现象3知道决定自感系数的因素，知道自感系数的单位4理解自感电动势的作用，会解释自感现象5了解自感现象的利、弊以及对它的利用和防止6会用传感器研究自感对电路中电流的影响说明不要求计算自感电动势基 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，可知L2产生的磁场的磁通量是减少的，故PQ棒做的是向右的减速运动。C选项是可能的；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中的磁场是增强的，故PQ棒做的是向左的加速运动。B选项是可能的。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。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：EL，其中L是自感系数，简称自感或电感，单位：亨利。符号：H。1 mH103 H,1 H106 H。3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、I、t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。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)。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。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，多匝电感线圈的电阻和电池内阻都忽略不计，两个电阻的阻值都是R，开关S原来打开，电流为I0，今合上开关将一电阻短路，于是线圈中有自感电动势产生，此电动势()图2A有阻碍电流的作用，最后电流由I0减小到零B有阻碍电流的作用，最后电流总小于I0C有阻碍电流增大的作用，因而电流I0保持不变D有阻碍电流增大的作用，但电流最后还是增大到2I0解析当S合上时，电路的电阻减小，电路中电流要增大，故L要产生自感电动势，阻碍电路中的电流增大，但阻碍不是阻止；当S闭合电流稳定后，L的阻碍作用消失，电路的电流为2I0，D项正确。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通电自感断电自感电路图器材要求L1、L2同规格，RRL，L较大L很大(有铁芯)，RLRLA现象在S闭合瞬间，L2灯立即亮起来，L1灯逐渐变亮，最终一样亮在开关S断开瞬间，LA灯突然闪亮一下后再渐渐熄灭原因由于开关闭合时，流过电感线圈的电流迅速增大，使线圈产生自感电动势，阻碍电流的增大，使流过L1灯的电流比流过L2灯的电流增加得慢断开S时，线圈L产生自感电动势，阻碍电流的减小，使通过L的电流从原来电流减小，由于ILILA，会使得流过LA灯的电流突然增大，从而使LA灯闪亮一下后渐渐熄灭【例3】 如图3所示，电路中自感线圈电阻很小，可以忽略不计。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()图3AA比B先亮，然后A灭BB比A先亮，然后A灯逐渐变亮CA、B一起亮，然后A灭DA、B一起亮，然后B灭解析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，由于L的直流电阻很小，所以稳定后A灯的电流变大，A灯逐渐变亮，故A、C、D错；稳定后，由于与B灯连接的电阻很大，流过B灯支路的电流很小，所以B灯逐渐变暗，故B正确。答案B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，LA、LB为两个完全相同的灯泡，L为自感线圈，在S闭合状态下，LA、LB都能正常发光。现突然断开S，则()图4ALA、LB会突然亮一下再熄灭BLA会突然亮一下再熄灭，LB突然熄灭CLA、LB同时变暗到熄灭DLB先熄灭，LA后熄灭解析在S接通状态下，LA、LB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LA、LB及线圈组成闭合回路，电流由I减小，所以LA、LB中电流不会比原来大，因此LA、LB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名师点睛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LA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LA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I1I2，则灯LA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RLi2。在t1时刻将S断开，那么流过灯泡A的电流随时间变化的图象是下列图中的哪一个()图5解析开关S闭合时，L与A并联，其电流分别为i1和i2，方向都是从左向右。在断开S的瞬间，灯A中原来从左向右的电流i2立即消失，但灯A与线圈L组成闭合回路，由于L的自感作用，其中的电流i1不会立即消失，而是在回路中逐渐减弱，这段时间内灯A中有从右向左的电流通过。这时通过A的电流是从i1开始减弱，故正确选项为D。答案D9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变化的图象是()图6解析与滑动变阻器R串联的L2，没有自感，直接变亮，电流变化图象如A中图线，C、D错误。与带铁芯的电感线圈串联的L1，由于电感线圈的自感作用，电流逐渐变大，A错误，B正确。答案B10如图7所示，E、r为电源的电动势、内阻，R1、R2为定值电阻，线圈L的直流电阻不计，C为电容器。下列说法中正确的是()图7A合上开关S的瞬间，R1中无电流B合上开关S稳定后，R2中无电流C合上开关S稳定后，断开S的瞬间，R1中电流方向向右D合上开关S稳定后，断开S的瞬间，R2中电流方向向右解析合上开关S的瞬间，线圈L的自感作用会阻碍电流的增加，此时它就相当于一个电阻，所以R1中有电流，选项A错误；合上开关S稳定后，电容器相当于断路，所以R2中有电流，选项B错误；合上开关S稳定后，断开S的瞬间，线圈L产生自感电