2018_2019学年高中物理第四章电磁感应第6节互感和自感学案新人教版.docx

第6节互感和自感1.了解互感现象及其应用.2.能够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EL，知道自感系数的决定因素.4.了解自感现象中的能量转化.一、互感现象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.产生的电动势叫做互感电动势.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正常工作.二、自感现象和自感系数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.通电自感和断电自感电路现象自感电动势的作用通电自感接通电源的瞬间，灯泡A1逐渐亮起来阻碍电流的增加断电自感断开开关的瞬间，灯泡A逐渐变暗，直至熄灭（电感线圈的电阻和灯泡的电阻相当时）阻碍电流的减小4.自感电动势的大小EL，其中L是自感系数，简称自感或电感，单位亨利，符号为H.常用的单位还有毫亨（mH）、微亨（H）.5.自感系数大小的决定因素自感系数与线圈的大小、形状、圈数，以及是否有铁芯等因素有关.三、磁场的能量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”. 判一判（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）只有闭合的回路才能产生互感.（）（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）自感现象中，感应电流一定与原电流方向相反.（）（5）一个线圈中的电流均匀增大，自感电动势也均匀增大.（）提示：（1）（2）（3）（4）（5） 做一做如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水.给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是（）A.恒定直流、小铁锅B.恒定直流、玻璃杯C.变化的电流、小铁锅D.变化的电流、玻璃杯提示：选C.通入恒定直流时，所产生的磁场不变，不会产生感应电流；通入变化的电流，所产生的磁场发生变化，在空间产生感生电场.铁锅是导体，感生电场在导体内产生电流，电能转化为内能，使水温升高；涡流是由变化的磁场在导体内产生的，所以玻璃杯中的水不会升温. 想一想断电自感的实验中，为什么开关断开后，灯泡的发光会持续一段时间？试从能量的角度加以解释.提示：开关断开后，线圈中储存的能量释放出来转化为电能，故灯泡发光会持续一段时间.对互感现象的理解和应用1.互感现象是一种常见的电磁感应现象，它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且可以发生于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传到另一个电路.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，这时需要设法减小电路间的互感.在同一铁芯上绕着两个线圈，单刀双掷开关原来接在点1，现把它从1扳向2，如图所示，试判断在此过程中，在电阻R上的电流方向是（）A.先由PQ，再由QPB.先由QP，再由PQC.始终由QPD.始终由PQ解析单刀双掷开关接在点1上时，A线圈中的电流恒定不变，在铁芯中产生的磁场方向是沿铁芯自右向左.当单刀双掷开关由点1扳向点2的过程中，通过线圈A中的电流，先沿原方向减小到零，再由零增大到原电流值，所以B中产生的感应电流分两个阶段分析：（1）在A中电流沿原方向减小到零的过程中，A的磁场自右向左也跟着减弱，导致穿过线圈B的磁通量在减小.由楞次定律知，线圈B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PQ.（2）在A中电流由零增大到原方向的电流的过程中，A的磁场自右向左也跟着增强，导致穿过线圈B的磁通量在增大.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QP.综上分析知，全过程中流过电阻R的电流方向先是PQ，然后是QP，所以A对.答案A（多选）a、b两金属环上下相隔一很小间距按图示方式放置，O1、O2分别是a环、b环的圆心，其中b环面的一半面积刚好与固定a环正对，在a环中开关S闭合的瞬间，下列说法正确的是（）A.b环中有顺时针方向的感应电流B.b环中有逆时针方向的感应电流C.b环会沿O1O2方向运动D.b环会沿O2O1方向运动解析：选BC.闭合S的瞬间，b环中垂直纸面向里的磁通量增加，由楞次定律知b环中感应电流产生的磁场方向为垂直纸面向外，由右手定则判断b环中感应电流为逆时针方向，故选项A错误，选项B正确；由楞次定律知，为了阻碍b环内磁通量的增大，b环会朝着能适当减小与a环正对面积的方向移动，即b环沿O1O2方向移动，即选项C正确，选项D错误.对自感现象的理解和分析1.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.2.自感现象的分析思路（1）明确通过自感线圈的电流的变化情况（增大或减小）.（2）根据“增反减同”，判断自感电动势的方向.（3）阻碍结果分析：电流增大时，由于自感电动势的作用，线圈中的电流逐渐增大，与线圈串联的元件中的电流也逐渐增大；电流减小时，由于自感电动势的作用，线圈中的电流逐渐减小，与线圈串联的元件中的电流也逐渐减小.3.自感现象中，灯泡亮度变化的问题 分析通、断电时，灯泡亮度变化问题，关键要搞清楚电路的连接情况，根据电路特点进行具体分析.与线圈串联的灯泡与线圈并联的灯泡电路图通电时电流逐渐增大，灯泡逐渐变亮电流I1突然变大，然后逐渐减小达到稳定断电时电流逐渐减小灯泡逐渐变暗电流方向不变电路中稳态电流为I1、I2若I2I1，灯泡逐渐变暗若I2I1，灯泡闪亮一下后逐渐变暗，两种情况灯泡电流方向均改变 命题视角1对自感电动势的理解（2018南昌高二检测）关于线圈中自感电动势大小的说法中正确的是（）A.电感一定时，电流变化越大，自感电动势越大B.电感一定时，电流变化越快，自感电动势越大C.通过线圈的电流为零的瞬间，自感电动势为零D.通过线圈的电流为最大值的瞬间，自感电动势最大思路点拨 影响自感电动势大小的两个因素：（1）线圈自感系数越大产生的自感电动势越大.（2）电流变化越快产生的自感电动势越大.解析电感一定时，电流变化越快，越大，由EL知，自感电动势越大，A错，B对；线圈中电流为零时，电流的变化率不一定为零，自感电动势不一定为零，故C错；当通过线圈的电流最大时，电流的变化率为零，自感电动势为零，故D错.答案B 命题视角2对通电自感现象的分析（2018长沙一中高二检测）如图所示，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，电源为理想电源，当S闭合时，下列说法正确的是（）A.A比B先亮，然后A灭B.B比A先亮，然后A灯逐渐变亮C.A、B一起亮，然后A灭D.A、B一起亮，然后B灭思路点拨 S闭合瞬间，含电感线圈的支路相当于断路；稳定后，自感线圈相当于导体.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错误，B正确.答案B 命题视角3对断电自感现象的分析（2018济南外国语学校高二检测）如图甲、乙中，自感线圈L的电阻很小，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，下列说法正确的是（）A.在电路甲中，断开S，A将立即熄灭B.在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后逐渐变暗C.在电路乙中，断开S，A将逐渐变暗D.在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗思路点拨 解析甲图中，灯泡A与电感线圈L在同一个支路中，流过的电流相同，断开开关S时，线圈L中的自感电动势的作用使得支路中的电流瞬时不变，以后渐渐变小，A、B错误；乙图中，灯泡A所在支路的电流比电感线圈所在支路的电流要小（因为电感线圈的电阻很小），断开开关S时，电感线圈的自感电动势要阻碍电流变小，此瞬间电感线圈中的电流不变，电感线圈相当于一个电源给灯泡A供电.因此反向流过A的电流瞬间要变大，然后逐渐变小，所以灯泡要先更亮一下，然后渐渐变暗，C错误，D正确.答案D 命题视角4对自感现象中图象问题的考查（2018陕西西安检测）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RL与灯泡的电阻R满足RLR.在t0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在tt1时刻断开S.下列表示通过灯泡的电流随时间变化的图象中，正确的是（） 解析当闭合开关时，L会阻碍电流的增大，所以流过L的电流只能逐渐增大，流过L的电流增大，则流过干路的电流增大，则电源的内电阻消耗的电压增大，路端电压减小，所以流过灯泡的电流会逐渐减小，一直到电路稳定.正常工作时，由于自感线圈L直流电阻值小于灯泡的阻值，通过线圈L的电流大于通过灯泡的电流；当断开开关，由于电感阻碍自身电流变化，产生的感应电流流过电阻，其方向与原来流过电阻的方向相反，且电流比灯泡原来的电流大，然后电流慢慢减小最后为0，故C正确，A、B、D错误.答案C自感问题的分析技巧（1）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，电流逐渐减小.（2）断开开关后，灯泡是否瞬间变得更亮，取决于电路稳定时两支路中电流的大小关系，即由两支路中电阻的大小关系决定.（3）若断开开关后，线圈与灯泡不能组成闭合回路，则灯泡会立即熄灭.（4）电流减小时，自感线圈中电流大小一定小于原先所通的电流大小，但自感电动势可能大于原电源电动势.（5）在线圈中产生自感电动势，自感电动势阻碍电流的变化，但“阻碍”不是“阻止”，“阻碍”实质上是“延缓”.【通关练习】1(2018四川遂宁检测)在如图所示的电路中，A1和A2是两个完全相同的灯泡，线圈L的自感系数足够大，电阻可以忽略不计下列说法中正确的是()A合上开关S，A1先亮，A2后亮，最后一样亮B断开开关S，A1和A2都要过一会儿才熄灭C断开开关S，A2闪亮一下再熄灭D断开开关S，流过A2的电流方向向右解析：选B.当开关S闭合时，灯A2立即发光通过线圈L的电流增大，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律线圈产生的感应电动势与原来电流方向相反，阻碍电流的增大，电路的电流只能逐渐增大，A1逐渐亮起来线圈直流电阻忽略不计，当电流逐渐稳定时，线圈不产生感应电动势，两灯电流相等，亮度相同故A错误；稳定后当开关S断开后，由于自感，线圈中的电流只能慢慢减小，其相当于电源，与灯泡A1、A2构成闭合回路放电，两灯都过一会儿熄灭，由于当电流逐渐稳定时，两灯电流相等，所以断开开关S时，A2不会再闪亮一下再熄灭；故B正确，C错误；稳定后当开关S断开后，由于自感，线圈中的电流只能慢慢减小，其相当于电源，流过A2的电流方向向左；故D错误2如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，电感L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值在 t0 时刻闭合开关S，经过一段时间后，在tt1时刻断开S.下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图象中，正确的是()解析：选B.闭合开关S后，灯泡D直接发光，电感L的电流逐渐增大，电路中的总电流也将逐渐增大，电源内电压增大，则路端电压UAB逐渐减小；断开开关S后，灯泡D中原来的电流突然消失，电感L与灯泡形成闭合回路，所以灯泡D中电流将反向，并逐渐减小为零，即UAB反向逐渐减小为零，故选B.随堂检测1.在制作精密电阻时，为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象，采用双线并绕的方法，如图所示其道理是()A当电路中的电流变化时，两股导线产生的自感电动势相互抵消B当电路中的电流变化时，两股导线产生的感应电流相互抵消C当电路中的电流变化时，两股导线中原电流的磁通量相互抵消D以上说法都不对解析：选C.由于采用双线并绕的方法，当电流通过时，两股导线中的电流方向是相反的，不管电流怎样变化，任何时刻两股导线中的电流总是等大反向的，所产生的磁通量也是等大反向的，故总磁通量等于零，在该线圈中不会产生电磁感应现象，因此消除了自感，选项A、B、D错误，只有C正确2(多选)如图所示是一种延时开关的原理图，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()A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线圈的开关S2，无延时作用D如果断开B线圈的开关S2，延时将变长解析：选BC.线圈A中的磁场随开关S1的闭合而产生，随S1的断开而消失当S1闭合时，线圈A中的磁场穿过线圈B，当S2闭合，S1断开时，线圈A在线圈B中的磁场变弱，线圈B中有感应电流，B中电流的磁场继续吸引D而起到延时的作用，所以B正确，A错误；若S2断开，线圈B中不产生感应电流而起不到延时作用，所以C正确，D错误3.如图所示，电感线圈L的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计，LA、LB是两个相同的灯泡，且在下列实验中不会烧毁，电阻R2阻值约等于R1的两倍，则()A闭合开关S时，LA、LB同时达到最亮，且LB更亮一些B闭合开关S时，LA、LB均慢慢亮起来，且LA更亮一些C断开开关S时，LA慢慢熄灭，LB马上熄灭D断开开关S时，LA慢慢熄灭，LB闪亮一下后才慢慢熄灭解析：选D.由于灯泡LA与线圈L串联，灯泡LB与电阻R2串联，当S闭合的瞬间，通过线圈的电流突然增大，线圈产生自感电动势，阻碍电流的增加，所以LB先亮，A、B错误；由于LA所在的支路电阻阻值偏小，故稳定时电流大，即LA更亮一些，当S断开的瞬间，线圈产生自感电动势，两灯组成的串联电路中，电流从线圈中电流值开始减小，即从IA减小，故LA慢慢熄灭，LB闪亮一下后才慢慢熄灭，C错误，D正确4.(2018河北保定高阳中学月考)图中L是绕在铁芯上的线圈，它与电阻R、R0及开关和电池E构成闭合回路开关S1和S2开始都处于断开状态设在t0时刻，闭合开关S1，经过一段时间，在tt1时刻，再闭合开关S2，则能较准确表示电阻R两端的电势差Uab随时间t变化的图线是()解析：选A.闭合开关S1，线圈产生的自感电动势阻碍电流的变大，Uab逐渐变大；电流达到稳定后，再闭合开关S2，由于线圈的作用，原有电流慢慢变小，Uab也从原来的数值慢慢减小，A项正确课时作业一、单项选择题1关于线圈的自感系数，下面说法正确的是()A线圈的自感系数越大，自感电动势就一定越大B线圈中电流等于零时，自感系数也等于零C线圈中电流变化越快，自感系数越大D线圈的自感系数由线圈本身的性质及有无铁芯决定解析：选D.自感系数是由线圈的大小、形状、圈数、有无铁芯等因素决定的，故B、C错，D对；自感电动势不仅与自感系数有关，还与电流变化快慢有关，故A错2(2018浙江诸暨中学月考)如图所示，电感线圈L的直流电阻RL3.0 ，小灯泡A的电阻R6.0 ，闭合开关S，待电路稳定后再断开开关，则在断开开关S的瞬间，小灯泡A()A不熄灭B立即熄灭C逐渐熄灭D闪亮一下再逐渐熄灭解析：选D.因为电感线圈的直流电阻RLR，当电流达到稳定时，小灯泡中的电流小于线圈中的电流，开关S断开瞬间，线圈L产生自感电动势， L中电流要逐渐变小，灯泡中的电流与L中的电流变化一致，由于电流比灯泡原来的电流大，所以灯泡要闪亮一下再逐渐熄灭，故D正确，A、B、C错误3.如图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()A先断开S1 B先断开S2C先拆除电流表D先拆除电压表解析：选B.若先断开S1或先拆除电流表，线圈与电压表组成闭合回路，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偏转，容易损坏电压表按操作要求，应先断开开关S2，再断开开关S1，然后拆除器材故选项B正确4(2018辽宁大石桥市二中月考)图中电感线圈L的直流电阻为RL，小灯泡的电阻为R，小量程电流表G1、G2的内阻不计，当开关S闭合且稳定后，电流表G1、G2的指针均偏向右侧(电流表的零刻度在表盘的中央)，则当开关S断开时，下列说法中正确的是()AG1、G2的指针都立即回到零点BG1缓慢回到零点，G2立即左偏，然后缓慢回到零点CG1立即回到零点，G2缓慢回到零点DG2立即回到零点，G1缓慢回到零点解析：选B.电路稳定后断开，通过灯泡这一支路的电流立即消失，由于电感线圈对电流的变化有阻碍作用，会阻碍其减小，所以通过G1的电流逐渐减小，缓慢回到零点；在串联回路中，通过电感线圈的电流也通过灯泡，所以含有灯泡的支路的电流从Q流向P，使G2立即左偏，偏后缓慢回到零点，故选项B正确，选项A、C、D错误5如图甲所示，A、B两绝缘金属环套在同一铁芯上，A环中电流iA随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法中正确的是()At1时刻，两环作用力最大Bt2和t3时刻，两环相互吸引Ct2时刻两环相互吸引，t3时刻两环相互排斥Dt3和t4时刻，两环相互吸引解析：选B.t1时刻B环的感应电流为零，故两环作用力为零，则A错误；t2时刻A环中电流在减小，则B环中产生与A环中同向的电流，故相互吸引，t3时刻同理也相互吸引，故B正确，C错误；t4时刻A中电流为零，两环无相互作用，D错误6(2018辽宁朝阳月考)某同学设计了一个电磁冲击钻，其原理示意图如图所示，若发现钻头M突然向右运动，则可能是()A开关S由断开到闭合的瞬间B开关S由闭合到断开的瞬间C保持开关S闭合，变阻器滑片P加速向右滑动D保持开关S闭合，变阻器滑片P匀速向右滑动解析：选A.若发现钻头M突然向右运动，则两螺线管相互排斥，根据楞次定律可知，可能是开关S由断开到闭合的瞬间，选项A正确7(2018河南南阳一中月考)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()解析：选B.闭合开关S后，调整R，使两个灯泡L1、L2发光的亮度一样，电流为I，说明RLR.若t时刻再闭合S，流过电感线圈L和灯泡L1的电流迅速增大，使电感线圈L产生自感电动势，阻碍了流过L1的电流i1增大，直至达到电流为I，故A错误，B正确；而对于t时刻再闭合S，流过灯泡L2的电流i2立即达到电流I，故C、D错误8某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁芯的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E，用导线将它们连接成如图所示的电路检查电路后，闭合开关S，小灯泡发光；再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他苦思冥想找不出原因你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是()A电源的内阻较大B小灯泡电阻偏大C线圈电阻偏大 D线圈的自感系数较大解析：选C.开关断开时，灯泡能否发生闪亮，取决于灯泡的电流有没有增大，与电源的内阻无关，故A错误；若小灯泡电阻偏大，稳定时流过灯泡的电流小于线圈的电流，断开开关时，流过灯泡的电流从线圈原来的电流逐渐减小，灯泡将发生闪亮现象，故B错误；线圈电阻偏大，稳定时流过灯泡的电流大于线圈的电流，断开开关时，流过灯泡的电流从线圈原来的电流逐渐减小，灯泡不发生闪亮现象，故C正确；线圈的自感系数较大，产生的自感电动势较大，但不能改变稳定时灯泡和线圈中电流的大小，故D错误二、多项选择题9.(2018南京高二测试)如图所示的电路中，a、b、c为三盏完全相同的灯泡，L是一个自感系数很大、直流电阻为零的自感线圈，E为电源，S为开关关于三盏灯泡，下列说法正确的是()A合上开关，c、b先亮，a后亮B合上开关一会后，a、b一样亮C断开开关，b、c同时熄灭，a缓慢熄灭D断开开关，c马上熄灭，b闪一下后和a一起缓慢熄灭解析：选AB.闭合开关S时，由于线圈L的自感作用，流过a灯的电流逐渐增大，所以a灯后亮，b、c灯与电源构成回路，所以b、c灯先亮，故A正确；合上开关一会后，电路稳定，L是一个直流电阻为零的自感线圈，可视为导线，a、b灯完全相同，并联电压相同，故a、b灯一样亮，故B正确；断开开关瞬间，a、b灯与线圈构成闭合回路由于L的自感作用，a、b灯的电流要逐渐减小，故c灯马上熄灭，a、b灯缓慢熄灭，C错误；由于电路稳定时，a、b灯中电流相同，故b灯无闪亮现象，D错误10.无线电力传输目前已取得重大突破，在日本展出了一种非接触式电源供应系统这种系统基于电磁感应原理可无线传输电力两个感应线圈可以放置在左右相邻或上下相对的位置，原理示意图如图所示下列说法正确的是()A若A线圈中输入电流，B线圈中就会产生感应电动势B只有A线圈中输入变化的电流，B线圈中才会产生感应电动势CA中电流越大，B中感应电动势越大DA中电流变化越快，B中感应电动势越大解析：选BD.根据产生感应电动势的条件，只有