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.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A1.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，阻碍电流的增大，所以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D.线圈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.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.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.D1.D2和D3构成回路，通过D1的电流也流过D2，所以I2变成反向立即增大，之后逐渐减小，故C正确，A.B.D错误.。