4.6互感和自感 学案

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1、4.6 互感和自感 学案（含答案）6 互感和自感互感和自感学科素养与目标要求物理观念1.了解互感和自感现象.2.了解自感电动势的表达式 ELIt，知 道自感系数的决定因素.3.了解自感现象中的能量转化.科学探究 通过观察通电自感和断电自感时灯泡亮度的变化，认识自感现象. 科学思维体会互感和自感现象产生的机理，能运用电磁感应规律 分析解释.一.互感现象1.互感和互感电动势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，这种现象叫互感，这种感应电动势叫做互感电动势.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，如变压器就是利用互感

2、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的正常工作.二.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，这种现象称为自感.由于自感而产生的感应电动势 叫做自感电动势.三.自感电动势与自感系数第 1 页 共 9 页1.自感电动势 ELIt，其中 It 是电流的变化率；L 是自感系 数，简称自感或电感.单位亨利，符号 H.2.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.四.自感现象中磁场的能量1.线圈中电流从无到有时，磁场从无到有，电

3、源把能量输送 给磁场，储存在磁场中.2.线圈中电流减小时，磁场中的能量释放出来转化为电能. 1.判断下列说法的正误.1 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.2 自感现象中，感应电流 一定与原电流方向相反.3 线圈的自感系数与电流大小无关，与电 流的变化率有关.4 线圈中电流最大的瞬间可能没有自感电动势.2.如图 1 所示，电路中电源内阻不能忽略，L 的自感系数很 大，其直流电阻忽略不计，A.B 为两个完全相同的灯泡，当 S 闭合时，A 灯_变 亮，B 灯_变亮.当 S 断开时，A 灯_熄灭，B 灯 _熄灭.选填“立即”或“缓慢”图 1 答案缓慢立即缓慢缓 慢一.互

4、感现象1.当一个线圈中的电流变化时，它产生的磁场就发生变化， 变化的磁场在周围空间产生感生电场，在感生电场的作用下，另 一个线圈中的自由电荷定向运动，于是产生感应电动势.第 2 页 共 9 页2.一个线圈中电流变化越快电流的变化率越大，另一个线圈 中产生的感应电动势越大.例 1 多选 xx 惠州市第一次调研目前无线电力传输已经比较成熟，如图 2 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，两个感应线圈可以放置在左右相邻或上下相对的位置， 原理示意图如图所示.利用这一原理，可以实现对手机进行无线充 电.下列说法正确的是图 2A.若 A 线圈中输入电流，B 线圈中就

5、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 中感应电动势越大答案 BD 解析根据 感应电流产生的条件，若 A 线圈中输入恒定的电流，则 A 产生恒 定的磁场，B 中的磁通量不发生变化，B 线圈中不会产生感应电动 势，故 A 错误；若 A 线圈中输入变化的电流，根据法拉第电磁感 应定律 Ent 可得，B 线圈中会产生感应电动势，故 B 正确；A 线圈 中电流变化越快，A 线圈中电流产生的磁场变化越快，B 线圈中感 应电动势越大，故 C 错误，D 正确.二.通电自感现象1.认识通电时的自感现象

6、如图 3 所示，先闭合 S，调节 R2 使 A1.A2 的亮度相同，再调节 R1，使 A第 3 页 共 9 页1.A2 都正常发光，然后断开 S.再次闭合 S.图 3 现象灯泡 A2 立即发光，灯泡 A1 逐渐亮起来.原因电路接通时，电流由零开始 增加，穿过线圈 L 的磁通量逐渐增加，为了阻碍磁通量的增加， 感应电流产生的磁通量与原来电流产生的磁通量方向相反，则线 圈中感应电动势的方向与原来的电流方向相反，阻碍了 L 中电流 的增加，即推迟了电流达到稳定值的时间.2.对通电自感的理解 1 通电瞬间自感线圈处相当于断路.2 当 线圈中的电流增大时，自感电动势的方向与原电流的方向相反， 阻碍电流的

7、增大，使电流从零逐渐增大到稳定值，但不能阻止电 流的增大.3 电流稳定时自感线圈相当于导体若直流电阻为零，相 当于导线.例 2 如图 4 所示，电路中电源的内阻不能忽略，电阻 R 的阻值和线圈 L 的自感系数都很大，A.B 为两个完全相同的灯泡，当 S 闭合时，下列说法正确的是 线圈 L 的直流电阻较小图 4A.A 比 B 先亮，然后 A 灭B.B 比 A 先亮，然后 B 逐渐变暗C.A.B 一起亮，然后 A 灭D.A.B 一起亮，然后 B 灭答案 B 解析 S 闭合时，由于与 A 灯串联 的线圈 L 的自感系数很大，故在线圈上产生很大的自感电动势，第 4 页 共 9 页阻碍电流的增大，所以

8、B 比 A 先亮，稳定后，流过 B 灯支路的电 流变小，所以 B 灯逐渐变暗，故 B 正确.三.断电自感现象1.认识断电时的自感现象如图 5 所示，L 为自感系数较大的线 圈，其直流电阻比灯泡的电阻小，先闭合开关使灯泡发光，然后 断开开关.图 5 现象灯泡 A 闪亮一下再熄灭解释在开关断开后灯泡 闪亮一下的原因是灯泡断电后自感线圈中产生的感应电流比开关 断开前流过灯泡的电流大.要想使灯泡闪亮一下再熄灭，就必须使 自感线圈的电阻小于与之并联的灯泡的电阻.而当线圈电阻大于或 等于灯泡的电阻时，灯泡就会缓慢变暗直至熄灭.2.对断电自感的理解 1 当线圈中的电流减小时，自感电动势 的方向与原电流方向相

9、同；2 断电自感中，由于自感电动势的作 用，线圈中电流从原值逐渐减小.若断开开关瞬间通过灯泡的电流 大于断开开关前的电流，灯泡会闪亮一下；若断开开关瞬间通过 灯泡的电流小于或等于断开开关前的电流，灯泡不会闪亮一下， 而是逐渐变暗直至熄灭.3 自感电动势总是阻碍线圈中电流的变 化，但不能阻止线圈中电流的变化.例 3 如图 6 所示，开关 S 处于 闭合状态，小灯泡 A 和 B 均正常发光，小灯泡 A 的电阻大于线圈 L 的电阻，现断开开关 S，以下说法正确的是图 6A.小灯泡 A 越来越暗，直到熄灭B.小灯泡 B 越来越暗，直到熄灭C.线圈 L 中的电流会立即消失第 5 页 共 9 页D.线圈

10、L 中的电流过一会再消失，且方向向右答案 D 解析 S 断开瞬间，B 立即熄灭.由于小灯泡 A 的电阻大于线圈 L 的电阻， 所以 S 断开前线圈的电流大于小灯泡 A 中的电流.S 断开瞬间，线 圈中的电流由原电流逐渐减小，导致线圈中出现感应电动势从而 阻碍电流的减小，即线圈 L 中的电流过一会再消失，且方向向 右，因 L 和 A 组成新的回路，电流由原线圈中的电流逐渐减小， 所以 A 先亮一下，然后慢慢熄灭，故 D 正确.学科素养通过例 2 和 例 3，进一步加深对通电自感现象和断电自感现象的理解，知道通 电.断电瞬间，自感线圈中的电动势阻碍原电流的变化，但阻止不 了原电流的变化，且原电流不

11、能发生突变.运用电磁感应知识解释 自感现象，这很好地体现了“科学思维”的学科素养.四.自感现象中的图象问题例 4 如图 7 所示的电路中，开关 S 闭合且稳定后流过电感线圈的电流是 2A，流过灯泡的电流是 1A， 现将开关 S 突然断开，开关 S 断开前后，能正确反映流过灯泡的 电流 i 随时间 t 变化关系的图象是图 7 答案 D 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自感电动势，使线圈中的电流从原来的 2A 逐渐减小，方向不变，且与灯泡 D 构成回路，通过灯泡 D 的电 流和线圈 L

12、 中的电流相同，也应该是从 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.提示要注意断电前 后，无线圈的支路电流方向是否变化.第 6 页 共 9 页1.对自感电动势的理解关于线圈中自感电动势的大小，下列 说法中正确的是A.电感一定时，电流变化越大，自感电动势越大B.电感一定时，电流变化越快，自感电动势越大C.通过线圈的电流为零的瞬间，自感电动势为零D.通过线圈的电流为最大值的瞬间，自感电动势最大答案 B 解析电感一定时，电流变化越快，It 越大，由 ELIt 知，自感电动 势越大，A 错，B 对；线圈中电流为零时，电流的变化率不一定为 零，自感电动势不一定为零，故

13、C 错；当通过线圈的电流最大 时，若电流的变化率为零，自感电动势为零，故 D 错.2.对互感现象的理解多选如图 8 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.则图 8A.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，延时将变化答案 BC 解析线圈 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

14、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，能够继续吸引 D 而起到延时的作用，所以 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 C 正确，D 错误.第 7 页 共 9 页3.对自感现象的理解多选如图 9 所示电路，自感线圈 L 的自 感系数足够大，其直流电阻忽略不计，LA.LB 是两个相同的灯泡，则图 9A.S 闭合瞬间，LA 不亮，LB 很亮B.S 闭合瞬间，LA.LB 同时亮，然后 LA 逐渐变暗到熄灭，LB 变得更亮C.S 断开瞬间，LA 闪亮一下才熄灭，LB

15、立即熄灭D.S 断开瞬间，LA.LB 立即熄灭答案 BC4.自感现象的图象问题在如图 10 所示的电路中，L 是一个自 感系数很大.直流电阻不计的线圈，D1.D2 和 D3 是三个完全相同的灯泡，E 是内阻不计的电源.在 t0 时刻，闭合开关 S，电路稳定后在 t1 时刻断开开关 S.规定以电 路稳定时流过 D1.D2 的电流方向为正方向，分别用 I1.I2 表示流过 D1 和 D2 的电流，则下列图象中能定性描述电 流 I 随时间 t 变化关系的是图 10 答案 C 解析当闭合开关时，因为 线圈与 D1 串联，所以流过 D1 的电流 I1 会慢慢增大，流过 D2 的 电流 I2 为稳定值，且电路稳定时 I2I1.当开关断开时，因为线圈阻碍电流 I1 的减小，所以通过 D1 的电流不会立即消失，会从原来的大小慢慢减小，由于 L.D第 8 页 共 9 页1.D2 和 D3 构成回路，通过 D1 的电流也流过 D2，所以 I2