（精品讲义）互感和自感word版含答案2

10/1009/10/第6节互感和自感互感现象[探新知·基础练]1．互感现象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。[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)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。()答案：1.×2.√3.×[释疑难·对点练]理解互感现象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。[试身手]1.在同一铁芯上绕着两个线圈A、B，两电源相同，单刀双掷开关原来接在位置1，现在把它从位置1扳向位置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．先是P→Q，再是Q→PB．先是Q→P，再是P→QC．始终是Q→PD．始终是P→Q解析：选A单刀双掷开关接在位置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。当单刀双掷开关由位置1扳向位置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中产生的感应电流需要分两个阶段分析：(1)在A中电流沿原方向减小到零的过程中，A的磁场自右向左减弱，导致穿过线圈B的磁通量减小。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P→Q；(2)在A中电流由零增大到原方向的电流的过程中，A的磁场自右向左增强，导致穿过线圈B的磁通量增大。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Q→P。综上分析知，全过程中流过电阻R的电流方向先是P→Q，然后是Q→P，所以A对。自感现象和自感系数[探新知·基础练]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逐渐地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，直至熄灭阻碍电流的减小4．自感电动势的大小E＝Leq\f(ΔI,Δt)，其中L是自感系数，简称自感或电感，单位：亨利，符号为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。[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)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。()答案：1.×2.×3.√[释疑难·对点练]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。(3)自感电动势的作用：阻碍原电流的变化，起到推迟电流变化的作用。2．对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(是增大还是减小)。(2)根据“增反减同”，判断自感电动势的方向。(3)分析阻碍的结果：当电流增强时，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；当电流减小时，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、I2①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗②若I2＞I1，灯泡闪亮一下后逐渐变暗，两种情况灯泡电流方向均改变[试身手]2.如图所示，L为自感系数较大的线圈，电路稳定后小灯泡正常发光，断开开关S的瞬间会有()A．灯A立即熄灭B．灯A慢慢熄灭C．灯A突然闪亮一下再慢慢熄灭D．灯A突然闪亮一下再突然熄灭解析：选A当开关S断开时，虽然通过自感线圈的电流从有变到无，线圈产生自感电动势，但由于线圈L与灯A串联，在S断开后，不能形成闭合回路，因此灯A在开关断开后立即熄灭。故A正确。通电自感与断电自感两种自感现象的对比分析比较项目通电自感断电自感电路图器材要求A1、A2同规格，R＝RL，L较大L很大(有铁芯)现象在S闭合的瞬间，A2灯立即亮起来，A1灯逐渐变亮，最终一样亮在开关S断开时，灯A逐渐熄灭或突然闪亮一下后再渐渐熄灭原因由于开关闭合时，通过线圈的电流增大，使线圈产生自感电动势，阻碍了电流的增大，使流过A1灯的电流比流过A2灯的电流增加得慢断开开关S时，通过线圈L的电流减小，产生自感电动势，阻碍了电流的减小，使电流继续存在一段时间；在S断开后，通过L的电流反向通过灯A，若RL＜RA，原来的IL＞IA，则灯A熄灭前要闪亮一下，若RL≥RA，原来的IL≤IA，则灯A逐渐熄灭不再闪亮一下能量转化情况电能转化为磁场能磁场能转化为电能[特别提醒]断电自感中灯泡闪亮是有条件的，不是必然的，灯泡亮一会再逐渐熄灭也是有条件的，即灯泡与线圈在断电后能构成闭合回路。[典例1]如图所示电路甲、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]eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(\x(电路甲中，S处于闭合状态时，IL＝IA),\x(电路乙中，S处于闭合状态时，IL＞IA)))→eq\x(S断开后，均产生断电自感现象)→eq\x(两灯泡的电流均从S闭合时的IL开始减小)[解析]电路甲中，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间不变，以后渐渐变小，A、B错误。电路乙中，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]D1．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。2．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。3．自感线圈直流电阻小与直流电阻不计含义不同，稳定时，前者相当于定值电阻，后者出现短路现象。[典例2]如图所示的电路，可用来测定自感系数较大的线圈的直流电阻，线圈两端并联一个电压表，用来测量自感线圈两端的直流电压，在实验完毕后，将电路拆开时应()A．先断开开关S1 B．先断开开关S2C．先拆去电流表 D．先拆去电阻R[解析]题图所示电路实际上就是伏安法测电感线圈的直流电阻的电路，在实验完毕后，由于线圈的自感问题，若电路拆去的先后顺序不对，可能会烧坏电表。当S1、S2闭合，电路稳定时，线圈中的电流方向是a→b，电压表右端为“＋”，左端为“－”，指针正向偏转，若先断开S1或先拆电流表或先拆去电阻R瞬间，线圈中产生的自感电动势相当于瞬间电源，其a端相当于电源的负极，b端相当于电源的正极，此时电压表两端被加了一个反向电压，指针反偏。由“自感系数较大的线圈”知其反偏电压很大，会烧坏电压表。先断开S2，由于电压表内阻很大，电路中总电阻变化很小，电流几乎不变，不会损坏其他器件，故应先断开S2。故B正确。[答案]B自感现象中的图象问题[典例3]如图所示的电路中，S闭合且稳定后流过电感线圈的电流是2A，流过灯泡D的电流是1A，现将S突然断开，S断开前后，能正确反映流过灯泡D的电流i随时间t变化关系的图象是()[解析]开关S断开前，通过灯泡D的电流是稳定的，其值为1A。开关S断开瞬间，自感线圈的支路由于自感现象会产生与线圈中原电流方向相同的感应电动势，使线圈中的电流从原来的2A逐渐减小，方向不变，且同灯泡D构成回路，通过灯泡D的电流和线圈L中的电流相同，也是从2A逐渐减小到零，但是方向与原来通过灯泡D的电流方向相反，D对。[答案]D电感线圈L中电流变化时，自感电动势对电流有阻碍作用，随时间延续，其阻碍作用逐渐变小。在图象上体现为通过线圈的电流不会突变。图象上要注意电流的正负(即方向)。[课堂对点巩固]1．(多选)通过一个线圈的电流在均匀增大时，这个线圈的()A．自感系数也将均匀增大B．自感电动势也将均匀增大C．磁通量也将均匀增大D．自感系数和自感电动势不变解析：选CD线圈的磁通量与电流大小有关，电流增大，磁通量增大，故C项正确；而自感系数由线圈本身决定，与电流大小无关；自感电动势E＝Leq\f(ΔI,Δt)，与自感系数和电流变化率有关，对于给定的线圈，L一定，已知电流均匀增大，说明电流变化率恒定，故自感电动势不变，D项正确。2．关于线圈的自感系数，下列说法错误的是()A．自感电动势越大，自感系数也越大B．把线圈中的铁芯抽出一些，自感系数减小C．把线圈匝数增加一些，自感系数变大D．电感是自感系数的简称解析：选A自感系数是由线圈本身决定的，简称电感。线圈越长，单位长度上的匝数越多，横截面积越大，它的自感系数就越大，有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时要大得多。A错误。3．(多选)如图所示，L为一纯电感线圈(即电阻为零)，LA是一灯泡，下列说法正确的是()A．开关S接通瞬间，无电流通过灯泡B．开关S接通后，电路稳定时，无电流通过灯泡C．开关S断开瞬间，无电流通过灯泡D．开关S接通瞬间，灯泡中有从a到b的电流，而在开关S断开瞬间，灯泡中有从b到a的电流解析：选BD开关S接通瞬间，灯泡中有从a到b的电流，A错误；线圈由于自感作用，通过它的电流逐渐增加，开关S接通后，电路稳定时，纯电感线圈将灯泡短路，灯泡中无电流通过，B正确；开关S断开的瞬间，由于线圈的自感作用，线圈中原有向右的电流将逐渐减小，线圈与灯泡形成回路，故灯泡中有从b到a的瞬间电流，C错误，D正确。4.如图所示，闭合电路中的螺线管可自由伸缩，螺线管有一定的长度，灯泡具有一定的亮度。若将一软铁棒从螺线管左边迅速插入螺线管内，则将看到()A．灯泡变暗 B．灯泡变亮C．螺线管缩短 D．螺线管长度不变解析：选A当软铁棒插入螺线管中时，穿过螺线管的磁通量增加，故产生反向的自感电动势，使总电流减小，灯泡变暗，每匝线圈间同向电流吸引力减小，螺线管变长。故A正确。eq\a\vs4\al(---------------)[课堂小结]eq\a\vs4\al(---------------)[课时跟踪检测(七)]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因素及有无铁芯决定解析：选D自感系数是线圈本身的固有属性，只由线圈长短、粗细、匝数、有无铁芯等因素决定，而与电流大小、变化快慢等外部因素无关。自感电动势的大小与线圈自感系数及电流变化率有关，A、B、C错，D对。2．关于自感现象，下列说法正确的是()A．感应电流一定和原来的电流方向相反B．对于同一线圈，当电流变化越大时，线圈产生的自感电动势也越大C．对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈的自感系数也越大D．对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈中的自感电动势也越大解析：选D当电流增大时，感应电流的方向与原来的电流方向相反，当电流减小时，感应电流的方向与原来的电流方向相同，故选项A错误；自感电动势的大小与电流变化快慢有关，与电流变化大小无关，故选项B错误，D正确；自感系数只取决于线圈本身的因素，与电流变化情况无关，故选项C错误。3.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，采取了双线绕法，如图所示，其道理是()A．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的自感电动势互相抵消B．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的感应电流互相抵消C．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的磁通量互相抵消D．以上说法均不对解析：选C由于采用了双线绕法，两根平行导线中的电流反向，它们产生的磁通量相互抵消。不论导线中的电流如何变化，线圈中的磁通量始终为零，所以消除了自感现象的影响。C正确。4.在如图所示的电路中，两个相同的电流表G1和G2的零点均在刻度盘中央，当电流从“＋”接线柱流入时，指针向左摆；当电流从“－”接线柱流入时，指针向右摆。在电路接通后再断开开关S的瞬间，下列说法中正确的是()A．G1指针向右摆，G2指针向左摆B．G1指针向左摆，G2指针向右摆C．两表指针都向右摆D．两表指针都向左摆解析：选B当开关S闭合时，流经电感线圈L的电流方向自左向右。当断开开关S的瞬间，通过线圈L的电流将变小，根据楞次定律可知，感应电流方向与原电流方向相同，也将是自左向右流，以阻碍原电流减小的变化。在由L、G2、R及G1组成的闭合回路中，感应电流将从G2的负接线柱流入，因而G2的指针向右摆；感应电流将从G1的正接线柱流入，因而G1的指针向左摆。故B正确。5.如图所示电路中，A、B是相同的两灯泡。L是一个带铁芯的线圈，电阻可不计，调节R，电路稳定时两灯泡都正常发光，则在开关闭合和断开时()A．两灯同时变亮、同时熄灭B．闭合S时，B灯比A灯先到达正常发光状态C．断开S时，A、B两灯都不会立即熄灭，通过A、B两灯的电流方向都与原电流方向相同D．断开S时，A灯会突然闪亮一下后再熄灭解析：选B闭合S时，由于L的自感作用，A灯逐渐变亮，B灯立即变亮，稳定时两灯一样亮，故A错，B对；断开S时，由于L的自感作用，A、B两灯都不会立即熄灭，通过A灯的电流方向不变，但通过B灯的电流反向，故C错；因通过A灯的电流不会比原来的大，故A灯不会闪亮一下再熄灭，故D错。6.如图所示电路中，A、B是两个完全相同的灯泡，L是一个理想电感线圈，说法正确的是()A．S闭合时，A逐渐变亮，然后逐渐熄灭B．S闭合时，B立即亮，然后逐渐熄灭C．S闭合足够长时间后，B发光，而A熄灭D．S闭合足够长时间后，B熄灭，而A发光解析：选C闭合S瞬间，电流增大，线圈L中产生自感电动势，阻碍电流增加，A灯立即变亮，此时电容器电荷量为零，两板之间电压也为零，故B灯逐渐变亮；电流稳定后，线圈两端电压为零，A灯熄灭，B灯达到最大亮度。故C正确。7．在如图所示的电路中，两个相同的小灯泡A1和A2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A1和A2发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均为I。然后，断开开关S。若t′时刻再闭合开关S，则在t′前后的一小段时间内，选项图中能正确反映流过A1的电流i1、流过A2的电流i2随时间t变化的是()解析：选B由题中给出的电路可知，电路由L与A1和A2与R两个支路并联，在t′时刻，A1支路的电流因为有L的自感作用，所以i1由0逐渐增大，A2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。二、多项选择题8．下列说法正确的是()A．当线圈中电流不变时，线圈中没有自感电动势B．当线圈中电流反向时，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相反C．当线圈中电流增大时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反D．当线圈中电流减小时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反解析：选AC当线圈中电流不变时，穿过线圈的磁通量没有变化，没有自感电动势，A正确；当线圈中的电流反向时，原来的电流产生的磁通量减小，由楞次定律可知，自感电动势产生的自感电流的磁场将阻碍磁通量的减小，故自感电动势的方向与原电流的方向相同，故B错误；当线圈中的电流增大时，穿过线圈的磁通量增大，自感电动势产生的自感电流的磁场将阻碍其增大，故自感电动势的方向与原电流方向相反，所以C正确；同理可知D错误。9.如图所示，电池的电动势为E，内阻不计，线圈自感系数较大，直流电阻不计。当开关S闭合后，下列