新教材同步系列2024春高中物理第2章电磁感应第4节互感和自感课件粤教版选择性必修第二册

第二章电磁感应第四节互感和自感学习任务必备知识·自主预习储备01[知识梳理]知识点一互感现象当线圈A中电流发生变化时，它产生的变化的磁场在线圈B中激发出了__________。根据______思想，线圈B中感应电流的变化，同时也会在线圈A中产生相应的感应电动势。这种现象称为互感，所产生的感应电动势称为__________。互感现象也可以发生在两个互相靠近的____之间。感应电动势对称性互感电动势电路知识点二自感现象1．自感现象：当线圈中的电流发生变化时，线圈本身产生的___________，阻碍原来电流变化的现象。2．通电自感和断电自感项目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________________电流的增加感应电动势较慢地亮起来阻碍3．自感电动势在自感现象中产生的感应电动势。项目电路现象自感电动势的作用断电自感断开开关的瞬间，灯泡A____________电流的减小逐渐变暗阻碍知识点三自感系数1．定义：描述________自身特性的物理量，又称自感或电感。2．物理意义：表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量。3．大小的决定因素：与线圈的大小、形状、匝数以及有无____等因素有关。4．单位：国际单位是亨利，简称亨，符号是__，常用的还有毫亨(mH)和微亨(μH)，1H＝___mH＝___μH。通电线圈铁芯H103106知识点四生活、生产中的自感现象1．自感现象广泛地存在于生活、生产之中。人们常常利用自感现象，比如通过断电自感来产生____，日光灯、汽车发动机点火器、________________等都利用了这一原理。2．自感现象也会产生危害，生产中的大型电动机一般都有自感系数很大的线圈。当电路中开关断开时，线圈会产生很大的自感电动势，使开关的闸刀和固定夹片之间的空气电离而变成导体，形成____。这不仅会烧坏开关，甚至还会危害到操作人员的安全，因此，切断这种电路时必须采用特制的________。高压煤气灶电子点火器电弧安全开关[基础自测]1．思考判断(正确的画“√”，错误的画“×”)(1)自感现象是由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。 (

)(2)线圈中自感电动势的方向总与引起自感的原电流的方向相反。 (

)(3)线圈中自感电动势的大小与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关。 (

)(4)线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定。 (

)(5)当电流增加时，自感电动势的方向与原来的电流反向，当电流减小时与原来的电流同向。 (

)√×√√√

√3．(多选)如图所示，带铁芯的自感线圈的电阻与电阻R的阻值相同，A1和A2是两个完全相同的电流表，则下列说法中正确的是(

)A．闭合S瞬间，电流表A1示数小于A2示数B．闭合S瞬间，电流表A1示数等于A2示数C．断开S瞬间，电流表A1示数大于A2示数D．断开S瞬间，电流表A1示数等于A2示数AD

[闭合S瞬间，由于自感线圈L的阻碍，使得I1<I2，电流表A1示数小于A2示数，A正确，B错误；断开S瞬间，自感线圈L与R形成闭合回路，因此电流表A1示数等于A2示数，C错误，D正确。]√√关键能力·情境探究达成02考点1互感现象的理解考点2自感现象的理解考点3通电自感与断电自感问题(1)如图所示为一小型变压器，其两线圈并不连接，它们是怎样完成能量传递的？提示：通过互感，能量从一个线圈传递到另一线圈。(2)如图所示，在演示断电自感实验时，有时灯泡D会闪亮一下，然后逐渐熄灭，你能说出是什么原因导致的吗？提示：若线圈L的阻值RL小于灯泡阻值R0时，断电前稳定状态下电流IL＞ID。断电后L与D构成回路，断电瞬间由于自感现象，IL将延迟减弱，则流过灯泡D的电流为IL大于原电流，所以会使灯泡闪亮一下后再逐渐熄灭。考点1互感现象的理解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，这时要求设法减小电路间的互感。【典例1】

(多选)如图所示是一种延时装置的原理图，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，延时时间变长√√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中电流产生的磁场继续吸引D而起到延时的作用，所以选项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，所以选项C正确，D错误。]当S1、S2均闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C电路接通，当S1断开时，线圈B中的磁通量变化，从而出现感应电流，致使电磁铁F仍有磁性，延迟一段时间衔铁D才被释放，若S2处于断开状态，当S1断开时，线圈B中不会有感应电流，则不会出现延迟现象。[跟进训练]1．(2022·上海复旦附中高二期末)如图所示，1831年法拉第把两个线圈绕在一个铁环上，A线圈与电源、滑动变阻器R组成一个回路，B线圈与开关S、电流表G组成另一个回路。通过多次实验，法拉第终于总结出产生感应电流的条件。关于该实验下列说法正确的是(

)A．闭合开关S的瞬间，电流表G中有a→b的感应电流B．闭合开关S的瞬间，电流表G中有b→a的感应电流C．闭合开关S后，在减小电阻R的过程中，电流表G中有a→b的感应电流D．闭合开关S后，在减小电阻R的过程中，电流表G中有b→a的感应电流√C

[闭合与断开开关S的瞬间，穿过线圈B的磁通量都不发生变化，电流表G中均无感应电流，故A、B错误；闭合开关S后，在减小电阻R的过程中，电流增大，则通过线圈B的磁通量增大，根据右手螺旋定则可确定穿过线圈B的磁场方向，再根据楞次定律可知电流表G中有a→b的感应电流，故C正确，D错误。]考点2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，遵从法拉第电磁感应定律和楞次定律。2．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，自感电动势方向与原电流方向相同(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，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(1)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。(2)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。

√(1)电流变化时，电感线圈产生自感电动势，对电流的变化有阻碍作用。(2)电流稳定时，电感线圈不产生自感电动势，相当于一段导体，阻值即为直流电阻。[跟进训练]2．如图所示的电路中，电源电动势为E，线圈L的电阻不计。以下判断正确的是(

)A．闭合S，稳定后，电容器两端电压为EB．闭合S，稳定后，电容器的a极带正电C．断开S的瞬间，电容器的a极板将带正电D．断开S的瞬间，电容器的a极板将带负电√C

[闭合S，稳定后，线圈L相当于导线，则电容器被短路，则其电压为零，故A错误；电容器的电压为零，a极板不带电，故B错误；断开S的瞬间，线圈L中电流减小，产生自感电动势，相当于电源，给电容器充电，根据线圈的电流方向不变，则电容器的a极板将带正电，故C正确，D错误。]考点3通电自感与断电自感问题通电自感与断电自感的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)，RL≪RA项目通电自感断电自感现象在S闭合瞬间，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突然闪亮一下后再渐渐熄灭(当抽掉铁芯后，重做实验，断开开关S时，会看到灯A马上熄灭)项目通电自感断电自感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A1灯的电流比流过A2灯的电流增加得慢断开开关S时，流过线圈L的电流减小，使线圈产生自感电动势，阻碍电流的减小，使电流继续存在一段时间；在S断开后，通过L的电流反向通过电灯A，且由于RL≪RA，使得流过A灯的电流在开关断开瞬间突然增大，从而使A灯的发光功率突然变大能量转化情况电能转化为磁场能磁场能转化为电能【典例3】

(多选)图中两个电路是研究自感现象的电路，对实验结果的描述正确的是(

)A．接通开关时，灯A2立即就亮，A1稍晚一会儿亮B．接通开关时，灯A1立即就亮，A2稍晚一会儿亮C．断开开关时，灯A1立即熄灭，A2稍晚一会儿熄灭D．断开开关时，灯A2立即熄灭，A1稍晚一会儿熄灭√√[思路点拨]

①与线圈L串联的灯泡与线圈中电流一定相等。②与线圈L并联的灯泡的电流与线圈中电流可以不同。AC

[接通开关时，A2立即就亮，A1与线圈串联，由于自感电动势的作用，电流逐渐变大，所以A1稍晚一会儿亮，A正确；断开开关时，A1立即熄灭，A2由于和线圈构成回路，回路中电流逐渐减小，所以稍晚一会儿熄灭，C正确。]通、断电自感现象的判断技巧(1)通电时线圈产生的自感电动势阻碍电流的增加，且与电流方向相反，使电流相对缓慢地增加。(2)断电时线圈产生的自感电动势与原电流方向相同，在与线圈串联的回路中，线圈相当于电源，它提供的电流逐渐变小。(3)电流稳定时，若线圈有电阻时就相当于一个定值电阻，若不计线圈的电阻时就相当于一根导线。[跟进训练]3．如图所示，a、b、c为三个相同的灯泡，额定电压稍大于电源的电动势，电源内阻可以忽略。L是一个本身电阻可忽略的电感线圈。开关S闭合，现突然断开，已知在这一过程中灯泡都不会烧坏，则下列关于c灯泡的说法中正确的是(

)A．亮度保持不变B．将闪亮一下，而后逐渐熄灭C．将闪亮一下，而后逐渐恢复原来的亮度D．将变暗一下，而后逐渐恢复原来的亮度√C

[当开关合上，稳定后，灯泡a短路，不亮，b、c两灯的电压为电源电压，通过L的电流为E电压下灯泡工作电流的2倍。开关S断开后，a、b灯串联后与c灯并联接到电路中，由于自感电动势的作用，断电瞬间，通过L的电流成为通过c的电流，即原电流的2倍，c灯闪亮，但是稳定后c两端的电压仍是E，所以最终恢复原亮度，故A、B、D错误，C正确。]学习效果·随堂评估自测031．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．线圈中的电流等于零时，自感系数也等于零C．线圈中电流变化越快，自感系数越小D．线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定D

[线圈的自感系数是由线圈本身的因素及有无铁芯决定的，与有无电流、电流变化情况都没有关系，故B、C错误，D正确；自感电动势的大小除了与自感系数有关，还与电流的变化率有关，故A错误。]1234√2．(2022·湖北宜城第一中学高二期中)在如图所示的电路中，A1和A2是两个相同的灯泡。线圈L的自感系数足够大，电阻可以忽略不计，下列说法正确的是(

)A．闭合开关S时，A2先亮，A1逐渐变亮B．闭合开关S时，A1和A2同时亮C．断开开关S时，A2闪亮一下再熄灭D．断开开关S时，流过A2的电流方向向左1234√A

[当开关S闭合时，灯A2立即发光。电流通过线圈，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律可知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，所以A1逐渐亮起来，所以A2比A1先亮，由于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正确，B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和A2串联，两灯电流相同，都过一会儿熄灭，灯A2不会闪亮，流过A2的电流方向向右，故C、D错误。]12343．如图是用电流传感器(电流传感器相当于电流表，其电阻可以忽略不计)研究自感现象的实验电路，电源的电动势为E，内阻为r，自感线圈L的自感系数足够大，其直流电阻值大于灯泡D的阻值，在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t＝t1时刻断开开关S。在选项图所示的图像中，可能正确表示电流传感器记录的电流随时间变化情况的是(

)1234√A

BC

DB

[闭合开关的瞬间，自感线圈的电阻很大，灯泡中有一定的电流通过，过一段时间，自感线圈的电阻减小，自感线圈与灯泡并联的两端电压减小，故灯泡中的电流变小，选项A、D均错误；当时间再延长，灯泡的电流稳定在某一值上，且大于直流电阻值较大的线圈的电流；当断开开关时，自感线圈产生自感电动势，自感线圈中的电流与原来的电流方向相同，它与灯泡组成的电路中，感应电流沿逆时针方向，且电路中的电流比闭合开关时灯泡中的电流稳定时要小一些，然后电流随自感电动势的减小而慢慢减小到0，选项B正确，C错误。]12344．某同学在做如图所示的自感实验中，灯泡两端并联了自感系数L很大的自感线圈，其直流电阻大于灯泡电阻。关于该实验，下列说法正确的是(

)A．S接通瞬间，灯泡会逐渐变亮B．S接通稳定时，灯泡会熄灭C．S断开后的瞬间，灯泡的电流从右向左D．S断开后，灯泡会闪亮一下再熄灭1234√C

[闭合开关的瞬间，电压直接加到灯泡两端，所以灯泡立即亮；由于线圈中自感电动势的阻碍，流过线圈的电流逐渐增大，闭合开关稳定后，自感作用消失，通过灯泡的电流比开始时略小，但灯泡不会熄灭，故A、B错误；闭合开关，待电路稳定后断开开关，线圈产生的自感电动势维持自身的电流且逐渐减小，线圈与灯泡构成自感回路，电流从右向左流过灯泡，灯泡逐渐熄灭；由于线圈的直流电阻大于灯泡电阻，则电路中的电流稳定时灯泡中的电流大于线圈中的电流，线圈产生的自感电动势维持自身的电流且逐渐减小，所以灯泡逐渐熄灭，不会闪亮一下，故C正确，D错误。]1234回归本节内容，自我完成以下问题：1．什么叫互感现象？提示：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在另一个线圈中产生感应电动势，这种现象叫作互感。2．什么叫自感现象？提示：当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场在线圈本身激发出感应电动势，这种现象称为自感。3．自感电