2024-2025学年高中物理第四章电磁感应6互感和自感学案新人教版选修3-2

PAGE13-互感和自感1．互感现象(1)互感概念：两个相互靠近的线圈(或电路)，当一个线圈(或电路)中的电流变更时，它所产生的变更的磁场会在另一个线圈(或电路)中产生感应电动势的现象．(2)互感电动势：互感现象中产生的电动势叫互感电动势．(3)互感的应用：利用互感现象可以把能量由一个线圈(或电路)传到另一个线圈(或电路)，如收音机的“磁性天线”、变压器等．2．自感现象(1)定义：当一个线圈中的电流变更时，它产生的变更的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也在它本身激发出感应电动势，这种由于导体本身的电流变更而使自身产生电磁感应的现象叫做自感．(2)自感电动势①定义：由于自感而产生的电动势叫做自感电动势．②自感电动势的大小：E＝Leq\f(ΔI,Δt)，式中的比例系数L叫做线圈的自感系数．自感电动势的作用是什么？方向如何？提示：作用：总是阻碍导体中原电流的变更．方向：当原来电流增大时，自感电动势与原来电流方向相反；当原来电流减小时，自感电动势与原来电流方向相同．3．自感系数(1)物理意义表示线圈能产生自感电动势本事大小的物理量．数值上等于通过线圈的电流在1s内变更1_A时产生的自感电动势的大小．(2)确定自感系数L大小的因素线圈的自感系数跟线圈的形态、横截面积、长短、匝数，以及是否有铁芯等因素有关．线圈的横截面积越大，匝数越多，越密，线圈越长，它的自感系数越大．将铁芯插入线圈，也会使线圈的自感系数大大增加．(3)单位自感系数的单位是亨利，简称亨，符号是H.常用的较小单位还有毫亨(mH)和微亨(μH).1H＝103mH,1H＝106μH.怎样自制一个几微亨的线圈？怎样自制一个几亨利的线圈？提示：把漆包线在铅笔上绕几圈，拔出铅笔后得到的线圈即为几微亨的线圈；用数千匝的漆包线绕制线圈，插入铁芯，自感系数大约几亨利．4．磁场的能量电源断开以后，线圈中的电流不会马上消逝，电流仍旧可以做功，说明线圈储存了能量．线圈中有电流就有磁场，能量储存在磁场中．当开关闭合时，线圈中的电流从无到有，其中的磁场也是从无到有，这可以看成电源把能量输送给磁场，储存在磁场中．1自感电动势阻碍自身电流的变更，但不能阻挡，且自感电动势阻碍自身电流变更的结果，会对其他电路元件的电流产生影响.2自感电动势的大小跟自身电流变更的快慢有关，电流变更越快，自感电动势越大，产生自感电动势的线圈相当于电源.【例1】[多选]如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻r不能忽视．R1和R2是两个定值电阻，L是一个自感系数较大的线圈．开关S原来是断开的，从闭合开关S到电路中电流达到稳定为止的时间内，通过R1的电流I1和通过R2的电流I2的变更状况是()A．I1起先较大而后渐渐变小B．I1起先很小而后渐渐变大C．I2起先很小而后渐渐变大D．I2起先较大而后渐渐变小解答本题时可按以下思路分析：(1)分析自感电流的大小时，应留意“L是一个自感系数较大的线圈”这一关键语句；(2)自感电动势阻碍电流的变更而不是阻挡电流．[答案]AC[解析]闭合开关S时，由于L是一个自感系数较大的线圈，产生反向的自感电动势阻碍电流的变更，所以I2起先很小，随着电流达到稳定，自感作用减小，I2起先渐渐变大．闭合开关S时，由于线圈阻碍作用很大，路端电压较大，随着自感作用减小，路端电压减小，所以R1上的电压渐渐减小，电流渐渐减小，故A、C正确．总结提能自感现象的分析思路(1)明确通过自感线圈的电流的变更状况(增大还是减小)．(2)推断自感电动势方向．电流增加时(如通电)，自感电动势方向与电流方向相反；电流减小时(如断电)，自感电动势方向与电流方向相同．(3)分析线圈中电流变更状况．电流增加时(如通电)，由于自感电动势方向与原电流方向相反，阻碍电流增大，电流渐渐增大；电流减小时(如断电)，由于自感电动势方向与原电流方向相同，阻碍电流减小，线圈中电流方向不变，电流渐渐减小．(4)电感线圈的等效：若电路中的电流发生变更，电感L的作用总是阻碍电流的变更；当电路稳定时，电感L相当于一段导体，若电感L有直流电阻，则相当于定值电阻的作用；若无直流电阻，则它相当于一根导线．在制作精密电阻时，为了消退运用过程中由于电流变更而引起的自感现象，实行了双线绕法，如图所示，其道理是(C)A．当电路中的电流变更时，两股导线中产生的自感电动势相互抵消B．当电路中的电流变更时，两股导线中产生的感应电流相互抵消C．当电路中的电流变更时，两股导线中产生的磁通量相互抵消D．当电路中的电流变更时，电流的变更量相互抵消解析：能否有感应电动势，关键在于穿过回路的磁通量是否变更．由于导线是双线绕法，使穿过回路的磁通量等于零，无论通过的电流变更与否，磁通量均为零而不变，所以不存在感应电动势和感应电流．考点二两种自感现象及分析1．断电自感2.通电自感1断电发生自感现象时，线圈产生感应电动势相当于电源，对能跟线圈组成闭合电路的电学元件供电.2在断电时，通过线圈的电流不能突变，只能是在原来电流的基础上渐渐减小.【例2】在如图所示的电路中，L为电阻很小的线圈，G1和G2为零刻度在表盘中心的两个相同的电流表．当开关S闭合时，电流表G1、G2的指针都偏向右方，那么当断开开关S时，将出现的现象是()A．G1和G2的指针都马上回到零点B．G1的指针马上回到零点，而G2的指针缓慢地回到零点C．G1的指针缓慢地回到零点，而G2的指针先马上偏向左方，然后缓慢地回到零点D．G2的指针缓慢地回到零点，而G1的指针先马上偏向左方，然后缓慢地回到零点解答本题时应把握以下两点：(1)断开开关S后，线圈中产生自感电动势，相当于电源．(2)电流表指针的偏转方向与电流的流向之间的关系．[答案]D[解析]依据题意，电流方向自右向左时，电流表指针向右偏．那么，电流方向自左向右时，电流表指针应向左偏．当开关S断开的瞬间，G1中原电流马上消逝，而对于G2所在支路，由于线圈L的自感作用，电流不会马上消逝，自感电流沿L、G2、G1的方向在由它们组成的闭合回路中接着维持一段时间，即G2中的电流按原方向自右向左渐渐减小为零，此时G1中的电流和原电流方向相反，变为自左向右，且与G2中的电流同时缓慢减小为零，故选项D正确．总结提能自感电流的方向可用楞次定律进行推断，当线圈中的电流增大时，自感电流的方向与原来的电流方向相反，当线圈中的电流减小时，自感电流的方向与原来的电流方向相同．如图所示的电路，线圈L的电阻不计，则(A)A．S闭合瞬间，A板带正电，B板带负电B．S保持闭合，A板带正电，B板带负电C．S断开瞬间，A板带正电，B板带负电D．由于线圈电阻不计，电容器被短路，上述三种状况下两板都不带电解析：S闭合瞬间，由于通过电感线圈的电流为零，电容器被充电，A板带正电，B板带负电；S保持闭合，电容器被短路，不带电；S断开瞬间，线圈产生自感电动势，给电容器充电．依据电流方向推断，A板带负电，B板带正电．自感现象中，灯泡亮度变更的问题分析通断电灯泡亮度变更问题，关键要搞清晰电路的连接状况，依据电路特点进行详细分析.【典例】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，他冥思苦想找不出缘由．你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的缘由是()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】要使小灯泡能出现闪亮现象，则断开开关后流过小灯泡的电流要比原来的大，据此分析即可得出正确答案．在断电自感现象中，断电时线圈与小灯泡构成回路，线圈中储存的磁场能转化为电能，线圈相当于电源，自感电动势E自＝Leq\f(ΔI,Δt)，与原电源无关，选项A错误；假如小灯泡电阻偏大，则通过线圈的电流较大，断电时可能看到显著的延时熄灭现象和小灯泡闪亮现象，选项B错误；假如线圈电阻偏大，则通过线圈的电流较小，断电时只能看到不显著的延时熄灭现象，且小灯泡不会出现闪亮现象，选项C正确；假如线圈的自感系数较大，则自感电动势较大，可能看到显著的延时熄灭现象和小灯泡闪亮现象，选项D错误．【答案】C【变式】[多选]在如图所示的电路中，带铁芯的、电阻较小的线圈L和灯A并联，当合上开关S后灯A正常发光．则下列说法中正确的是(BC)A．当断开S时，灯A马上熄灭B．当断开S时，灯A可能突然闪亮下后熄灭C．用阻值与灯A相同的线圈取代L接入电路，当断开S时，灯A渐渐熄灭D．用阻值与线圈L相同的电阻取代L接入电路，当断开S时，灯A突然闪亮后熄灭解析：在S断开的瞬间，L与A构成闭合回路，灯A不会马上熄灭．关键是“小灯泡在熄灭之前是否闪亮一下”这一点如何确定．依据P＝I2R可知，灯A能否闪亮，取决于S断开的瞬间，流过A的电流是否更大一些．在断开S的瞬间，灯A中原来的电流IA马上消逝，但灯A和线圈L组成的闭合回路，由于线圈L的自感作用，其中的电流IL不会马上消逝，它还要通过回路维持短暂的时间．假如IL>IA，则灯A熄灭之前要闪亮一下；假如IL≤IA，则灯A是渐渐熄灭而不闪亮一下，至于IL和IA的大小关系，由RA和RL的大小关系确定；若RA>RL，则IA<IL，灯将闪亮一下；若RA≤RL，则IA≥IL，灯将渐渐熄灭.1．[多选]关于线圈自感系数的说法，正确的是(BCD)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：自感系数的大小与线圈的匝数、形态、粗细、有无铁芯等因素有关，与电流大小、自感电动势大小无关，匝数越多，自感系数越大，有铁芯时，自感系数显著增大，故A选项错误，B、C选项正确；同时，自感系数简称为电感，故D选项也正确．2．关于线圈中自感电动势的大小的说法中正确的是(B)A．电感肯定时，电流变更越大，电动势越大B．电感肯定时，电流变更越快，电动势越大C．通过线圈的电流为零的瞬间，电动势为零D．通过线圈的电流为最大值的瞬间，电动势最大解析：自感电动势由自感系数L和电流变更快慢共同确定，E＝Leq\f(ΔI,Δt)，故A、C、D选项错误，B正确．3．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，则(A)A．S闭合后，小灯泡将渐渐变亮B．S闭合后，小灯泡马上变亮C．S断开后，小灯泡渐渐熄灭D．S断开后，小灯泡先闪亮一下，再渐渐熄灭解析：S闭合瞬间，通过L的电流增大，自感电动势的方向与原电流方向相反，阻碍电流的增大，故A渐渐变亮；S断开瞬间，A将马上熄灭，因为S断开，再无电流回路．4．如图所示，开关S是闭合的，流过线圈L的电流为i1，流过灯泡的电流为i2，且i1>i2.在t1时刻，开关S断开，那么流过灯泡的电流i随时间t变更的图象是图中的(D)解析：S断开后的瞬间L与灯泡构成闭合回路，流过灯泡的电流反向且从i1起先减小，故D项正确．5．如图李辉用多用表