新课标三维人教物理选修32第四章电磁感应第6节互感与自感Word格式文档下载.docx
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二、自感现象和自感系数
1．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在它本身激发出感应电动势的现象。
2．自感电动势
由于自感而产生的感应电动势。
3．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
接通开关瞬间，灯泡A1逐渐地亮起来
阻碍电流的增加
断电自感
断开开关瞬间，灯泡A逐渐变暗，直至熄灭
阻碍电流的减小
4．自感电动势的大小
E＝L，其中L是自感系数，简称自感或电感，单位：
亨利，符号为H。
5．自感系数大小的决定因素
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。
三、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：
磁场从无到有，电源的能量输送给磁场，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。
2．电的“惯性”
自感电动势有阻碍线圈中电流变化的“惯性”。
1．自主思考——判一判
（1）两线圈相距较近时，可以产生互感现象，相距较远时，不产生互感现象。
（×
）
（2）在实际生活中，有的互感现象是有害的，有的互感现象可以利用。
（√）
（3）只有闭合的回路才能产生互感。
（4）线圈的自感系数与电流大小无关，与电流的变化率有关。
（5）线圈自感电动势的大小与自感系数L有关，反过来，L与自感电动势也有关。
（6）线圈中电流最大的瞬间可能没有自感电动势。
2．合作探究——议一议
（1）如何理解互感现象？
提示：
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相互靠近的电路之间。
（2）断电自感现象中，为什么有的灯泡逐渐熄灭，有的灯泡闪亮后再逐渐熄灭？
断电前，流过灯泡的电流I1取决于灯泡两端的电压和灯泡自身的电阻，断电后，流过灯泡的电流取决于线圈中的电流，设线圈中电流断电前为I2，断电后逐渐减小，则灯泡中电流也由I2逐渐减小。
所以，若I2≤I1，灯泡中电流由I2逐渐减小，灯泡逐渐变暗；
若I2>
I1，灯泡中电流先增大后减小，灯泡闪亮后逐渐熄灭。
（3）断电自感现象中，在断开开关后，灯泡仍然亮一会，是否违背能量守恒定律？
不违背。
断电时，储存在线圈内的磁场能转化为电能，用以维持回路保持一定时间的电流，直到电流为零时，磁场能全部转化为电能并通过灯泡（或电阻）转化为内能，可见自感现象遵循能量守恒定律。
对通电自感的理解
如图4 6 1所示的电路，两灯泡规格相同，接通开关后调节电阻R，使两个灯泡亮度相同，然后断开电路，再次接通的瞬间：
图4 6 1
条件
现象
原因
S闭合的瞬间
A2先亮
由于A2支路为纯电阻，不产生自感现象
A1逐渐亮起
由于L的自感作用阻碍A1支路电流增大
[典例] 如图4 6 2所示，灯L1、L2完全相同，带铁芯的线圈L的电阻可忽略，则（ ）
图4 6 2
A．S闭合的瞬间，L1、L2同时发光，接着L1变暗，L2更亮，最后L1熄灭
B．S闭合瞬间，L1不亮，L2立即亮
C．S闭合瞬间，L1、L2都不立即亮
D．稳定后再断开S的瞬间，L2熄灭，L1比L2（原先亮度）更亮
[思路点拨] 解答本题应把握以下两点：
（1）闭合S瞬间，线圈L由于自感，对电流有阻碍作用，等稳定后，由于线圈L的电阻可忽略，所以相当于短路。
（2）断开S的瞬间，线圈L由于自感，且线圈L与灯泡L1组成了回路，所以电流不会立即消失。
[解析] S接通的瞬间，线圈L支路中电流从无到有发生变化，因此，线圈L中产生的自感电动势阻碍电流增加。
由于有铁芯，自感系数较大，对电流的阻碍作用也就较强，所以S接通的瞬间线圈L中的电流非常小，即干路中的电流几乎全部流过L1、L2，所以L1、L2会同时亮。
又由于线圈L中电流很快稳定，感应电动势很快消失，L的阻值可忽略，对L1起到“短路”作用，因此，L1熄灭。
这时电路的总电阻比刚接通时小，由恒定电流知识可知，L2会比以前更亮。
[答案] A
（1）当流过线圈的电流从零开始增大，也可理解为线圈的电阻由无穷大逐渐减小到零。
（2）当流过线圈中的电流稳定后，线圈相当于导线；
如果线圈对电流有阻碍作用，则相当于纯电阻。
1.如图4 6 3所示，线圈L的电阻和电源内阻都很小，可忽略不计，电路中两个电阻的阻值均为R，开始时开关S断开，此时电路中电流为I0。
现将开关S闭合，线圈L中有自感电动势产生，下列说法中正确的是（ ）
图4 6 3
A．由于自感电动势有阻碍电流的作用，电路中电流最终由I0减小到零
B．由于自感电动势有阻碍电流的作用，电路中电流最终小于I0
C．由于自感电动势有阻碍电流的作用，电路中电流将保持I0不变
D．自感电动势有阻碍电流增大的作用，但电路中电流最终还要增大到2I0
解析：
选D 当开关S闭合时，通过线圈的电流增大，在线圈中产生自感电动势，自感电动势阻碍电流的增大，但“阻碍”不是“阻止”，“阻碍”实质上是“延缓”，电路中的电流不会立刻变为2I0，但最终仍会增大到2I0。
选项D正确。
2.（多选）如图4 6 4所示的电路中，电源电动势为E，内阻r不能忽略。
R1和R2是两个定值电阻，L是一个自感系数较大，电阻可忽略的线圈。
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的变化情况是（ ）
图4 6 4
A．I1开始较大而后逐渐变小
B．I1开始很小而后逐渐变大
C．I2开始很小而后逐渐变大
D．I2开始较大而后逐渐变小
选AC 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化，所以开始I2很小，随着电流达到稳定，自感作用减小，I2开始逐渐变大。
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上的电压逐渐减小，电流逐渐减小，故A、C正确。
3.如图4 6 5所示，电路中电源内阻不能忽略，R阻值和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（ ）
图4 6 5
A．A比B先亮，然后A熄灭
B．B比A先亮，然后A逐渐变亮
C．A、B一起亮，然后A熄灭
D．A、B一起亮，然后B熄灭
选B 闭合开关的一瞬间，由于线圈中自感电动势的阻碍，B灯先亮，A灯后亮，然后A中电流逐渐增大，A灯逐渐变亮。
B正确。
对断电自感的理解
如图4 6 6所示，当电流处于稳定状态时，流过L的电流为I1＝（电源内阻不计），方向由a→b；
流过灯泡A的电流I2＝，断开S的瞬间，I2立即消失，而由于线圈的自感，I1不会马上消失，线圈总力图维持I1的存在，所以线圈上产生一个b端为正、a端为负的自感电动势，与灯泡组成abcd回路，此时流过A的电流则由I2变成I1，方向由d→c变成c→d。
可见通过A的电流大小与方向都发生了变化。
图4 6 6
至于灯泡中的电流是否增大一下再减小（也就是灯泡是否闪亮一下再熄灭），取决于I2与I1谁大谁小，也就是取决于R和r谁大谁小。
（1）如果R>
r，就有I1>
I2，灯泡会先更亮一下再渐渐熄灭。
（2）如果R＝r，灯泡会由原来亮度渐渐熄灭。
（3）如果R<
r，灯泡会先立即暗一些，然后渐渐熄灭。
[典例] 如图4 6 7所示甲、乙中，自感线圈L的电阻很小，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，下列说法正确的是（ ）
图4 6 7
A．在电路甲中，断开S，A将立即熄灭
B．在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后逐渐变暗
C．在电路乙中，断开S，A将逐渐变暗
D．在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
[思路点拨]
⇒
[解析] 甲图中，灯泡A与电感线圈L在同一个支路中，流过的电流相同，断开开关S时，线圈L中的自感电动势的作用使得支路中的电流瞬间不变，以后渐渐变小，A、B错误。
乙图中，灯泡A所在支路的电流比电感线圈所在支路的电流要小（因为电感线圈的电阻很小），断开开关S时，电感线圈的自感电动势要阻碍电流变小，此瞬间电感线圈中的电流不变，电感线圈相当于一个电源给灯泡A供电。
因此反向流过A的电流瞬间要变大，然后逐渐变小，所以灯泡要先更亮一下，然后渐渐变暗，C错误，D正确。
[答案] D
自感现象的分析思路
（1）明确通过自感线圈的电流的变化情况（是增大还是减小）。
（2）根据“增反减同”，判断自感电动势的方向。
（3）分析阻碍的结果：
当电流增强时，由于自感电动势的作用，线圈中的电流逐渐增大，与线圈串联的元件中的电流也逐渐增大；
当电流减小时，由于自感电动势的作用，线圈中的电流逐渐减小，与线圈串联的元件中的电流也逐渐减小。
1.如图4 6 8所示，L1和L2是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其电阻与R相同，由于存在自感现象，在开关S接通和断开时，L1、L2先后亮暗的顺序是（ ）
图4 6 8
A．接通时，L1先达最亮；
断开时，L1后暗
B．接通时，L2先达最亮；
断开时，L2后暗
C．接通时，L1先达最亮；
断开时，L1先暗
D．接通时，L2先达最亮；
断开时，L2先暗
选A 开关闭合时，由于线圈L的自感作用阻碍电流的增大，所以大部分电流从L1中流过，L1先达最亮；
开关断开时，线圈中产生的自感电动势阻碍电流减小，自感电流方向与原电流的方向相同，且只能在L与L1的闭合回路中流过，L1中有自感电流，所以L1后暗。
故选项A正确。
2.如图4 6 9所示的电路，可用来测定自感系数较大的线圈的直流电阻，线圈两端并联一个电压表，用来测量自感线圈两端的直流电压，在实验完毕后，将电路拆开时应（ ）
图4 6 9
A．先断开开关S1 B．先断开开关S2
C．先拆去电流表D．先拆去电阻R
选B 该电路实际上就是伏安法测电感线圈的直流电阻的电路，在实验完毕后，由于线圈的自感问题，若电路拆去的先后顺序不对，可能会烧坏电表。
当S1、S2闭合，电路稳定时，线圈中的电流方向是a→b，电压表右端为“＋”，左端为“－”，指针正向偏转，若先断开S1或先拆电流表或先拆去电阻R瞬间，线圈中产生的自感电动势相当于瞬间电源，其a端相当于电源的负极，b端相当于电源的正极，此时电压表两端被加了一个反向电压，指针反偏。
由“自感系数较大的线圈”知其反偏电压很大，会烧坏电压表。
先断开S2，由于电压表内阻很大，电路中总电阻变化很小，电流几乎不变，不会损坏其他器件，故应先断开S2。
3.如图4 6 10所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，电感L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值，在t＝0时刻闭合开关
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