高二物理（人教版）教学课件 选择性必修二 第二章 第4节　互感和自感

互感和自感(强基课—逐点理清物理观念)第4节课标要求学习目标1.通过实验,了解自感现象。2.能举例说明自感现象在生产生活中的应用。1.了解互感现象及其应用。2.了解自感现象,能够通过电磁感应的规律分析通电、断电自感现象的成因。3.了解自感电动势的表达式,知道自感系数的决定因素,了解自感现象中的能量转化。1逐点清(一)互感现象2逐点清(二)自感现象3逐点清(三)自感系数磁场的能量4课时跟踪检测CONTENTS目录逐点清(一)互感现象1.互感现象:两个线圈之间没有导线相连,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___________的现象。2.互感电动势:互感现象中产生的感应电动势。多维度理解感应电动势3.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,变压器就是利用___________制成的。4.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的正常工作。互感现象1.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

(

)全方位练明A.t1时刻,两环间作用力最大B.t2和t3时刻,两环相互吸引C.t2时刻两环相互吸引,t3时刻两环相互排斥D.t3和t4时刻,两环相互吸引解析:t1时刻,B环中感应电流为0,故两环间作用力为0,A错误;t2和t3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,故两环相互吸引,B正确,C错误;t4时刻,A环中电流为0,两环间无相互作用,D错误。√2.(多选)目前无线电力传输已经比较成熟,如图所示为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。利用这一原理,可以实现对手机进行无线充电。下列说法正确的是

(

)A.若A线圈中有电流,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C.A中电流越大,B中感应电动势越大D.A中电流变化越快,B中感应电动势越大√√

逐点清(二)自感现象1.自感现象:当一个线圈中的电流_______时,它所产生的______的磁场在线圈本身激发出感应电动势的现象,由于自感而产生的感应电动势叫作_____________。多维度理解变化变化自感电动势2.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_____________亮起来______电流的增加断电自感断开开关的瞬间,灯泡A逐渐____。有时灯泡A会_____一下,然后逐渐变暗______电流的减小较慢地阻碍变暗闪亮阻碍3.自感现象的四大特点(1)自感电动势总是阻碍线圈中原电流的变化。(2)线圈中的电流不能发生突变,只能缓慢变化。(3)电流稳定时,自感线圈就相当于普通导体。(4)线圈的自感系数越大,自感现象越明显。自感电动势只是延缓了过程的进行,但它不能使过程停止,更不能使过程反向。4.通电自感和断电自感比较项目通电自感断电自感自感电路器材规格A1、A2灯同规格,调节R=RL1,L1的自感系数较大L2的自感系数很大(有铁芯)、电阻较小自感现象在S闭合瞬间,A2灯立即亮起来了,A1灯逐渐变亮,最终两灯一样亮在开关S断开时,A灯逐渐熄灭或先闪亮一下再逐渐熄灭自感时流经灯泡的电流变化图像接通开关,流过灯泡A1的电流电路稳定后,断开开关,流过灯泡A的电流续表产生原因能量转化有电能转化为L1中的磁场能L2中的磁场能转化为电能续表自感中“闪亮”与“不闪亮”问题

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,灯泡逐渐变亮电流突然增大,灯泡立刻变亮,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,灯泡中电流方向不变设电路中稳态电流为I1、I2①若I2≤I1,灯泡逐渐变暗;②若I2>I1,灯泡闪亮后逐渐变暗。两种情况灯泡中电流方向均改变续表[典例]

(2024·河南郑州期末)如图所示的电路中,A1、A2和A3是三个阻值恒为R的相同小灯泡,L是自感系数相当大的线圈,其直流电阻也为R。下列说法正确的是

(

)A.S接通瞬间,A1最亮,稳定后A1、A2和A3亮度相同B.S接通瞬间,A1最亮,稳定后A1比A2、A3亮C.电路稳定后,断开S时,A1、A2和A3闪亮一下后一起熄灭D.电路稳定后,断开S时,A1闪亮一下再熄灭,A2和A3立即熄灭√[解析]

由于S接通时,线圈阻碍电流的增加,相当于断路,流经A1的电流大于流经A2、A3的电流,故A1最亮,稳定后因线圈直流电阻也为R,流经三灯泡的电流相同,故三灯泡亮度相同,故A正确,B错误;如图所示,电路稳定后,断开S时,L和A1形成闭合回路,因断开S前流经线圈的电流与流经A1的电流大小相同,故A1不会闪亮一下再熄灭,而是慢慢熄灭,A2和A3立即熄灭,故C、D错误。1.(2023·北京高考)如图所示,L是自感系数很大、电阻很小的线圈,P、Q是两个相同的小灯泡,开始时,开关S处于闭合状态,P灯微亮,Q灯正常发光,断开开关

(

)A.P与Q同时熄灭

B.P比Q先熄灭C.Q闪亮后再熄灭 D.P闪亮后再熄灭√全方位练明解析:由题知,开关S闭合后,由于线圈L的电阻很小,Q灯正常发光,P灯微亮,断开开关前通过Q灯的电流远大于通过P灯的电流,通过线圈L的电流大于通过P灯的电流;断开开关时,Q所在电路未闭合,立即熄灭,由于自感现象,线圈L中产生感应电动势,与P灯组成闭合回路,故P灯闪亮后再熄灭。2.在如图所示的电路中,两个完全相同的小灯泡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,待电路稳定后,调整R的滑片使L1和L2亮度一样,此时通过两个灯泡的电流均为I。在之后的t0时刻断开S,则在下面的图像中,能正确反映t0前后的一小段时间内通过L1的电流i1和通过L2的电流i2随时间t变化关系的是

(

)√解析:当开关断开瞬间,通过电感线圈的电流减小,根据楞次定律可知,为了阻碍电感线圈中的电流减小,感应电流的方向与原电流方向相同,如图所示。随着原电流的减小,感应电流也逐渐减小,所以通过小灯泡L1的电流方向不变且逐渐减小,故A正确,B错误;断开开关后感应电流通过小灯泡L2的方向与原电流方向相反且逐渐减小,故C、D错误。逐点清(三)自感系数磁场的能量

亨利H103106匝数铁芯2.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,其中的磁场也是从无到有,电源把_____输送给磁场,储存在磁场中。②线圈中电流减小时,磁场中的______释放出来转化为电能。(2)电能“惯性”:自感电动势有阻碍线圈中__________的“惯性”。能量能量电流变化1.关于自感现象、自感系数、自感电动势,下列说法正确的是

(

)A.当线圈中通恒定电流时,线圈中没有自感现象,线圈自感系数为零B.线圈中电流变化越快,线圈的自感系数越大C.自感电动势与原电流方向相反D.对于确定的线圈,其产生的自感电动势与其电流变化率成正比√全方位练明

2.关于线圈中自感电动势的大小的说法中正确的是

(

)A.自感系数一定时,电流变化越大,电动势越大B.自感系数一定时,电流变化越快,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√

3.(多选)目前,我国正在大力推行ETC系统,ETC是全自动电子收费系统,车辆通过收费站时无须停车,这种收费系统每车收费耗时不到两秒,其收费通道的通行能力是人工收费通道的5至10倍。如图甲所示,在收费站自动栏杆前后的地面各自铺设完全相同的多匝线圈A、B,两线圈各自接入相同的电路,如图乙所示,电路a、b端与电压有效值恒定的交变电源连接,回路中流过交变电流。当汽车接近或远离线圈时,线圈的自感系数发生变化,线圈对交变电流的阻碍作用发生变化,使得定值电阻R的c、d两端电压有所变化,这一变化的电压输入控制系统,控制系统就能做出抬杆或落杆的动作。下列说法正确的是

(

)A.汽车接近线圈时,c、d两端电压升高B.汽车远离线圈时,c、d两端电压升高C.汽车接近线圈时,c、d两端电压降低D.汽车远离线圈时,c、d两端电压降低√√解析:汽车上有很多钢铁材料,当汽车接近线圈时,相当于给线圈增加了铁芯,所以线圈的自感系数增大,在电压不变的情况下,交流回路的电流将减小,所以R两端的电压降低,即c、d两端的电压将降低,A错误,C正确;同理,汽车远离线圈时,相当于线圈的自感系数减小,交流回路的电流增大,c、d两端的电压将升高,B正确,D错误。课时跟踪检测123456789101112A级——基础达标1.(2024·山东日照期末)无线充电打破了电能只能依靠导线直接接触式传输的方式,属于非接触式传输,能够避免接触式电能传输可能带来的接触火花、滑动磨损、爆炸电击等问题。如图所示,手机可以直接放在无线充电基座上进行充电,下列说法正确的是(

)6789101112A.无线充电过程主要利用了互感的原理B.无线充电过程主要利用了自感的原理C.无线充电基座可以接稳恒直流电源对手机进行充电D.手机和充电基座没有通过导线连接,故没有电能损失12345√678910111212345解析:无线充电是利用两个线圈之间的互感原理进行充电的,故A正确,B错误;因无线充电利用的是线圈之间的互感原理,因此不能使用稳恒直流电源对手机进行充电,因为稳恒直流电源不能产生变化的磁场,也就不能在手机内置线圈中产生感应电流,无法完成充电,故C错误;手机和充电基座虽然没有通过导线连接,但基座内的线圈与手机内置线圈之间通过互感原理进行充电,由于线圈之间存在漏磁,以及线圈自身的发热损耗,因此该过程有电能的损失,故D错误。1567891011122342.如图为安检门原理图,左边门框中有一通电线圈,右边门框中有一接收线圈。工作过程中某段时间通电线圈中存在由左向右看顺时针方向均匀减小的电流,则

(

)A.无金属片通过时,接收线圈中的感应电流方向为逆时针B.无金属片通过时,接收线圈中的感应电流增大C.有金属片通过时,接收线圈中的感应电流方向为逆时针D.有金属片通过时,接收线圈中的感应电流大小发生变化√156789101112234解析:某段时间通电线圈中存在由左向右看顺时针方向均匀减小的电流,无金属片通过时,接收线圈中磁通量均匀减小,根据楞次定律,接收线圈中产生的感应电流方向为顺时针,大小恒定,A、B错误;有金属片通过时,金属片中产生感应电流,使接收线圈中的感应电流大小发生变化,方向仍为顺时针,C错误,D正确。1567891011123.(2024·湖南长沙期末)某物理兴趣小组的同学进行如图所示的自感现象研究。在图中,L为自感系数较大的电感线圈,且电阻忽略不计,A、B为两个完全相同的灯泡,且它们的额定电压均等于电源的电动势。下列说法正确的是

(

)234156789101112A.闭合开关S的瞬间,灯泡A先亮,灯泡B后亮,待电路稳定后,B灯泡熄灭B.闭合开关S的瞬间,两灯泡同时亮,待电路稳定后,B灯泡熄灭C.闭合开关S,待电路稳定后,断开开关S,则灯泡A立即熄灭,灯泡B不亮D.闭合开关S,待电路稳定后,断开开关S,则灯泡A逐渐变暗最后熄灭,灯泡B闪亮后再次熄灭234√156789101112解析:合上开关S的瞬间,电感线圈产生自感电动势阻碍电流增大,由于电源电压同时加到两灯泡上,灯泡A、B同时亮,待电路稳定后,电感线圈电阻忽略不计,相当于导线,灯泡B被短路熄灭,灯泡A两端电压为电源电压,变得更亮,故A错误,B正确;闭合开关S,待电路稳定后,断开开关S瞬间,灯泡A立即熄灭,电感线圈产生自感电动势阻碍电流减小,在电感线圈与灯泡B构成的闭合回路中产生感应电流,灯泡B闪亮一下后熄灭,故C、D错误。2341567891011124.(2024·福建莆田期末)某品牌照明灯相关电路图如图所示,自感线圈自感系数足够大且内阻不计,三个电灯泡的内阻相同,下列说法正确的是

(

)A.闭合开关S,灯泡a、c先亮,灯泡b慢慢变亮B.断开开关S,灯泡c先灭,灯泡b闪亮后再熄灭C.闭合开关S,灯泡a、b先亮,灯泡c慢慢变亮D.断开开关S,灯泡b、c先灭,灯泡a闪亮后再熄灭234√156789101112解析:闭合开关S,灯泡a与自感线圈串联,则灯泡b、c先亮,灯泡a慢慢变亮,A、C错误;断开开关S,灯泡c先灭,由于定值电阻与灯泡b串联,则灯泡b的电流小于灯泡a的电流,而自感电流的瞬时值与灯泡a的电流相等,则自感电流通过灯泡b时,使灯泡b闪亮,然后灯泡a和b逐渐熄灭,B正确,D错误。2341567891011125.(2024·河北邯郸期末)在现代社会,移动电子设备如智能手机、平板电脑等已成为人们生活中不可或缺的一部分。无线充电技术成为一种越来越受欢迎的充电方式。其工作原理可简化为如图甲所示,在送电线圈a中通入交变电流,电流产生变化的磁场,变化的磁场使受电线圈b中产生感应电流,从而对设备充电。当送电线圈a中通入如图乙所示的电流时,下列说法正确的是

(

)234156789101112234A.t1时刻,受电线圈b中的感应电流最大B.t2时刻,受电线圈b中的感应电流为零C.t1到t3时间内,受电线圈b中感应电流方向与a中的电流方向相同D.t3到t4时间内,受电线圈b中感应电流方向与a中的电流方向相同√156789101112234解析:受电线圈b中感应电流的大小与穿过其的磁通量变化率成正比,又送电线圈a中电流变化的快慢决定磁感应强度变化的快慢,可知,t1时刻,受电线圈b中的感应电流为零,故A错误;t2时刻,受电线圈b中的感应电流最大,故B错误;根据楞次定律“增反减同”可知,t1到t3时间内,送电线圈a中的电流先减小后增大,受电线圈b中感应电流方向与送电线圈a中的电流方向先相同后相反,故C错误;t3到t4时间内,送电线圈a中的电流减小,受电线圈b中感应电流方向与送电线圈a中的电流方向相同,故D正确。1567891011126.(2024·河南信阳期末)(多选)如图甲所示,电阻R1、R2的阻值相同,电感线圈L的自感系数较大,电源内阻不计。闭合开关S,待电路稳定后开始计时,t1时刻断开开关S,t2时刻整个电路的电流均为零。通过电流传感器(图中未画出,可认为内阻不计,不影响电路连接方式)测得t1前后通过某个电阻的电流大小随时间变化的图像如图乙,用I1和I2分别表示开关S断开前后瞬间的电流大小。则下列说法正确的是

(

)234156789101112A.电流传感器测量的是通过电阻R1的电流B.电流传感器测量的是通过电阻R2的电流C.断开开关S后,通过电阻R1、R2的电流大小始终相等D.断开开关S前后,通过电阻R2的电流方向不变234√√156789101112解析:由题图乙可知断开开关S后,通过电流传感器的电流先瞬间减小再缓慢变小,电感线圈L会使所在支路电流在断开开关S后缓慢减小,故电流传感器测量的是通过电阻R2的电流,故A错误,B正确;断开开关S后,两个支路间形成回路,R1与R2串联,故断开开关S后,通过电阻R1、R2的电流大小始终相等,故C正确;断开开关S前通过电阻R2的电流方向从右往左,断开开关S后,电感线圈L所在支路电流方向不变,仍为从右往左,通过电阻R2的电流方向变为从左向右,故D错误。2341567891011127.(2024·北京西城期中)(多选)如图是一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈A和B,线圈A跟电源连接,线圈B两端连在一起。在断开开关S的时候,弹簧K并不会立刻将衔铁D拉起而使触头C(连接工作电路)离开,而是过一小段时间后才执行这个动作。延时继电器就是因此而得名的。下列说法正确的是

(

)234156789101112A.由于A线圈的自感作用,才产生延时释放D的效果B.由于B线圈的互感作用,才产生延时释放D的效果C.若B不闭合,则断开开关S时延时效果不明显D.若改变B的缠绕方向,断开开关S时延时效果不明显解析:电磁继电器的工作原理是断开开关S的时候,穿过线圈B的磁通量发生变化,如果B线圈是闭合线圈则有感应电流,产生感应磁场,起到延时释放D的效果,故A错误,B、C正确;若改变B的缠绕方向,根据楞次定律,断开S时仍会有延时效果,故D错误。234√√156789101112B级——综合应用8.如图所示,电路中A和B是两个完全相同的小灯泡,L是一个自感系数很大、直流电阻为零的电感线圈,C是电容很大的电容器。当S闭合或断开时,对A、B灯的发光情况判断正确的是(

)A.S闭合时,A灯不会立即亮,然后逐渐熄灭B.S闭合时,B灯立即亮,然后逐渐熄灭C.S闭合足够长时间后,B灯发光而A灯不发光D.S闭合足够长时间后再断开,B灯立即熄灭而A灯逐渐熄灭234√156789101112解析:S刚闭合后,电容器C要充电,并且充电电流越来越小,线圈L的自感系数很大,故A灯亮一下又逐渐变暗,最后A灯被线圈L短路,所以A灯会熄灭;而线圈L对电流变化有阻碍作用,所以通过B灯的电流逐渐增大,则B灯逐渐变亮,故A、B错误;S闭合足够长时间后,线圈L对直流电流没有阻碍,将A灯短路,电容器充电结束,因此B灯正常发光,故C正确;S闭合足够长时间后再断开,电容器要对B灯放电,故B灯要逐渐熄灭,而线圈L对A灯放电,导致A灯突然亮一下,然后熄灭,故D错误。2341567891011129.如图所示的电路中,电感线圈L的自感系数很大、电阻可忽略,D为理想二极管,则下列说法正确的是

(

)A.当S闭合时,L1立即变亮,L2逐渐变亮B.当S闭合时,L1、L2都逐渐变亮C.当S断开时,L1突然变亮,然后逐渐变暗至熄灭D.当S断开时,L1、L2都突然变亮,然后逐渐变暗至熄灭234√156789101112解析:当S闭合时,给二极管加的是反向电压,由于二极管具有单向导电性,此时二极管不导电,L1一直不亮,由于电感线圈L产生自感电动势阻碍电流增大,L2逐渐变亮,A、B错误;当S断开时,由于电感线圈L产生自感电动势阻碍电流减小,电感线圈L右端电势高于左端电势,因此在闭合电路L2→L1→D→L中产生电流,L1突然变亮,L2亮度不变,然后都逐渐变暗至熄灭,C正确,D错误。23415678910111210.(2024·北京西城期末)图1和图2是演示自感现象的两个电路图,L1和L2为电感线圈。实验时,断开开关S1瞬间,灯A1突然闪亮,随后逐渐变暗;闭合开关S2,灯A2逐渐变亮,而另一个相同的灯A3立即变亮,最终A2与A3的亮度相同。下列说法正确的是

(

)234156789101112A.图1中,灯A1与L1的电阻值相同B.图1中,闭合S1,电路稳定后,灯A1中电流大于L1中电流C.图2中,滑动变阻器R与L2的电阻值相同D.图2中,闭合S2瞬间,L2中电流与滑动变阻器R中电流相等解析:断开开关S1瞬间,灯A1突然闪亮,随后逐渐变暗,说明断开开关S1瞬间通过灯A1的电流大于断开开关S1之前通过灯A1的电流,而断开开关S1之前,灯A1与电感线圈L1并联,234√156789101112两端电压相