互感和自感-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修二

第二章电磁感应4.互感和自感学习目标1.了解自感现象和互感现象的概念,会用其解释自然现象,解决实际问题。(物理观念)2.能在问题情境中应用楞次定律判断自感电动势的方向,知道自感电动势的大小符合法拉第电磁感应定律。(科学思维)3.通过实验观察通电自感和断电自感现象,并能解释其工作原理。(科学探究)基础落实·必备知识全过关一、互感现象1.定义:两个相互靠近的线圈之间没有导线相连,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

的现象。这种感应电动势叫作互感电动势。

2.应用:利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈,变压器、收音机的“磁性天线”就是利用

制成的。

3.危害:互感现象能发生在任何两个

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。

感应电动势

互感现象相互靠近二、自感现象、自感系数、磁场的能量1.自感现象:当一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场在

激发出感应电动势的现象。

2.自感电动势:由于

而产生的感应电动势。

3.自感电动势的大小:,其中L是自感系数,简称

或

,单位:

,符号为H。4.自感系数大小的决定因素:自感系数与线圈的

、

、

,以及是否有

等因素有关。

由线圈自身决定

线圈本身自感自感电感亨利大小形状匝数铁芯5.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

,储存在

中。

(2)线圈中电流减小时:

中的能量释放出来转化为

。

6.自感电动势有阻碍线圈中电流

的性质。

符合楞次定律

磁场磁场磁场电能变化情境链接“千人震”实验可以用如图所示的电路完成。电路主要由几位同学手拉手与一节电动势为1.5

V的干电池、几根导线、开关和一个有铁芯的多匝线圈构成,在闭合开关瞬间

(选填“会”或“不会”)使连成一串的同学有触电感觉,在断开开关瞬间

(选填“会”或“不会”)使连成一串的同学有触电感觉。

提示

不会,会。在闭合开关瞬间,有铁芯的多匝线圈与同学们并联,由于干电池的电动势为1.5

V,所以电流很小,同学们没有触电感觉;在断开开关瞬间,有铁芯的多匝线圈电流变小,从而产生很高的瞬间电压,同学们有触电感觉。教材拓展阅读教材第42页做一做,思考:为什么甲图有线圈时电流逐渐增大,而乙图没有线圈时电流突然变大?提示

因为通电时线圈产生了反向的自感电动势阻碍电流的增大,但阻碍作用越来越小,最后就没有阻碍了。易错辨析(1)两个线圈之间必须有导线相连,才能产生互感现象。(

)(2)两个线圈相距较近时,可以产生互感现象,相距较远时,不产生互感现象。(

)(3)互感现象可以把能量从一个线圈传到另一个线圈。(

)(4)自感现象中,感应电动势一定和原电流方向相反。(

)××√×(5)线圈中产生的自感电动势较大时,其自感系数一定较大。(

)(6)对于同一线圈,当电流变化较快时,线圈中的自感电动势也较大。(

)×√重难探究·能力素养全提升探究点一互感现象导学探究某种延时开关如图甲所示,延时开关的原理图如图乙所示,S2闭合后,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。试解释出现这种现象的原因,如果S2断开,是否还有延时作用?提示

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,在线圈B中,线圈A产生的磁场变弱,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,若S2断开,线圈B中不产生感应电流而起不到延时作用。知识归纳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两个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.处理方法:可利用楞次定律、安培定则及左手定则分析某个线圈中感应电流的方向及受力方向,还可从能量角度分析。典例剖析【例题1】

目前手机的无线充电技术(图甲)已经成熟,其工作过程可简化为图乙所示,A、B两个线圈彼此靠近平行放置,当线圈A接通工作电源时,线圈B中会产生感应电动势,并对与其相连的手机电池充电。下列说法正确的是(

)A.只要线圈A中输入电流,线圈B中就会产生感应电动势B.若线圈A中输入变化的电流,线圈B中产生的感应电动势也会发生变化C.线圈A中输入的电流越大,线圈B中感应电动势越大D.线圈A中输入的电流变化越快,线圈B中感应电动势越大D解析

根据感应电流产生的条件,若在线圈A中输入恒定电流,则线圈A只产生恒定的磁场,线圈B中的磁通量不发生变化,则线圈B中不会产生感应电动势,故A错误;若线圈A中输入随时间均匀变化的电流,则会使线圈A产生随时间均匀变化的磁场,根据法拉第电磁感应定律

,则线圈B中会产生恒定不变的感应电动势,故B错误;若线圈A中电流恒定不变,无论多大,产生的磁场是恒定的,则线圈B中没有磁通量变化,则不会产生感应电动势,故C错误;线圈A中电流变化越快,则线圈A中电流产生的磁场变化越快,根据法拉第电磁感应定律

,线圈B中感应电动势也会越大,故D正确。对点演练1.在同一铁芯上绕着两个线圈,单刀双掷开关原来接在1处,现把它从1扳到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P→Q,再由Q→PB.先由Q→P,再由P→QC.始终由Q→PD.始终由P→QC

解析

开关由1扳到2,线圈A中电流产生的磁场开始由左向右,先减小后反向增加,由楞次定律可得R中电流由Q→P,C正确。探究点二自感现象导学探究如图所示,某同学在断开正在工作的电动机开关时,产生了电火花,这是为什么?提示

电动机中的线圈匝数很多,当电路开关断开时会产生很大的自感电动势,使得开关中的金属片之间产生电火花。知识归纳1.自感现象的分析思路

明确通过自感线圈的电流的变化情况(增大还是减小)↓根据“增反减同”,判断自感电动势的方向

↓分析阻碍的结果:电流增强时,由于自感电动势的作用,线圈中电流逐渐增大,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,线圈中电流逐渐减小,与线圈串联的元件中的电流也逐渐减小

2.自感现象中,灯泡亮度变化的问题

比较项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,灯泡突然变亮然后逐渐变暗,最后亮度不变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、I2,①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特别提示

自感现象的“三种状态”“一个特点”(1)三种状态①线圈通电瞬间可把自感线圈看成断路。②断电时自感线圈相当于电源。③电流稳定后,自感线圈相当于导体电阻,理想线圈的电阻为0,相当于短路。(2)一个特点在发生自感现象时,线圈中电流不发生“突变”。典例剖析C【例题2】

如图所示,A1和A2是两个相同的小灯泡①,L是自感系数很大的线圈②,自身电阻几乎为零③,R为定值电阻。闭合S稳定后再断开S,下列说法正确的是(

)A.闭合S,A1、A2立即变亮B.闭合S,A2先亮,A1逐渐变亮,最后亮度相同C.断开S,A1逐渐熄灭,A2闪亮一下后逐渐熄灭D.断开S,A1闪亮一下后逐渐熄灭,A2逐渐熄灭解析

闭合S,A2立即变亮,A1由于与自感线圈串联,自感线圈会阻碍电流,因此A1会逐渐变亮,由于自感线圈电阻几乎为零,稳定后A1所在支路的总电阻小于A2所在支路的总电阻,因此通过A1的电流将大于通过A2的电流,即稳定后A1比A2亮,故A、B错误;断开S,通过自感线圈的磁通量要减小,因此自感线圈将产生自感电动势,与A1、A2构成闭合回路,在断开S前A1与自感线圈所在支路的电流大于A2所在支路的电流,因此断开S瞬间,通过A2的电流瞬间变大后开始减小,则可知A1逐渐熄灭,而A2闪亮一下后逐渐熄灭,故C正确,D错误。教你析题

读取题干获取信息①只要通过的电流相同,则小灯泡亮度相同②线圈产生的自感电动势很大③正常供电时相当于导线教你破题

关键信息

闭合时:线圈阻碍作用很大,与之串联的小灯泡逐渐变亮闭合后:线圈无电阻,通过与之串联小灯泡的电流大于与之并联小灯泡的电流断开时:线圈相当于电源以原来通过A1的电流对两个小灯泡继续供电,因此通过A2的电流开始比原来大,而后逐渐减小,直到为零方法技巧

(1)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。对点演练2.利用如图所示的电路可以演示自感现象,其中L是自感系数较大、直流电阻很小的自感线圈,D1、D2是两个相同的理想二极管,a、b是两个相同的小灯泡,实验中通过开关的通、断过程演示自感现象,下列关于该实验现象的描述正确的是(

)A.接通开关S瞬间,a立即亮,然后亮度逐渐变暗B.接通开关S瞬间,b立即亮,然后亮度保持不变C.断开开关S瞬间,a闪一下,然后逐渐熄灭D.断开开关S瞬间,b闪一下,然后逐渐熄灭C解析

接通开关S瞬间,二极管D1反向截止,二极管D2正向导电,线圈由于产生自感电动势阻碍电流的增大,则a不亮,b立即亮,随着线圈的电流增大,b亮度逐渐变小,故A、B错误;断开开关S瞬间,线圈由于产生自感电动势阻碍电流的减小,线圈相当于电源,此时二极管D1正向导电,二极管D2反向截止,则线圈与a构成回路,a闪一下,然后逐渐熄灭,b立即熄灭,故C正确,D错误。学以致用·随堂检测全达标1231.(互感现象)在无线电仪器中,常需要在距离较近的地方安装两个线圈,并要求其中一个线圈中有电流变化时,对另一个线圈中的电流影响尽量小,则下图中两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是(

)D123解析

一个线圈的磁场通过另一个线圈的磁通量的变化率越小,影响则越小,欲使两线圈互感的影响尽量小,应放置成D选项的情形,这样其中一个线圈的磁场通过另一个线圈的磁通量的变化率为零,故D选项正确。123C2.(自感现象)(2025福建三明高二期末)某同学研究自感现象的电路示意图如图所示。灯1、2完全相同,线圈L自感系数很大,其阻值与灯1、2相同。闭合开关,调节R0使灯1、2亮度相同。当开关断开