版高中物理第四章电磁感应6互感和自感教案新人教版Word文件下载.docx

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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

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）（2018·

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2

A.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E＝n

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4

A.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

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6

A.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

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

解析　电感一定时，电流变化越快，

越大，由E＝L

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8

A.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9

A.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

4.（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t＝0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I2<

I1.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.

一、选择题

考点一　互感现象的理解与应用

1.在无线电仪器中，常需要在距离较近处安装两个线圈，并要求当一个线圈中电流有变化时，对另一个线圈中电流的影响尽量小.如图所示两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是（　　）

2.（2018·

厦门外国语学校期末）1831年法拉第把两个线圈绕在一个铁环上，A线圈与电源、滑动变阻器R组成一个回路，B线圈与开关S、电流表G组成另一个回路，如图1所示.通过多次实验，法拉第终于总结出产生感应电流的条件.关于该实验，下列说法正确的是（　　）

A.闭合开关S的瞬间，电流表G中有a→b的感应电流

B.闭合开关S的瞬间，电流表G中有b→a的感应电流

C.闭合开关S后，在增大滑动变阻器R的过程中，电流表G中有a→b的感应电流

D.闭合开关S后，在增大滑动变阻器R的过程中，电流表G中有b→a的感应电流

解析　闭合开关S的瞬间，通过B线圈的磁通量不发生变化，B线圈中不产生感应电流，选项A、B错误；

在增大滑动变阻器R的过程中，A线圈中通过的是逐渐减弱的电流，即线圈B处于逐渐减弱的磁场中，由安培定则和楞次定律可判断，电流表中的感应电流方向为b→a，故选项C错误，选项D正确.

3.如图2所示，绕在铁芯上的线圈M与电源、滑动变阻器和开关组成了一个闭合回路，在铁芯的右端，线圈P与电流表连成闭合电路.下列说法正确的是（　　）

A.开关S闭合，电路稳定后，线圈P中有感应电流，线圈M、P相互排斥

B.开关S闭合，电路稳定后，使变阻器滑片向左匀速移动，线圈P中有感应电流，线圈M、P相互排斥

C.开关S闭合，电路稳定后，使变阻器滑片向右匀速移动，线圈P中有感应电流，线圈M、P相互排斥

D.开关S闭合瞬间，线圈P中有感应电流，线圈M、P相互吸引

解析　开关S闭合，电路稳定后，线圈M中的电流不变，由安培定则可知，产生的磁场方向沿铁芯轴线向右，线圈P中的磁通量不变，故不会产生感应电流，M、P没有排斥作用，也没有吸引作用，故A错误；

当开关S闭合，电路稳定后，滑片向左匀速移动，线圈M中的电流增大，因而穿过线圈P的磁通量增加，线圈P中产生感应电流，并且由楞次定律知，感应电流的磁场方向与线圈M的磁场方向相反，故M、P两线圈相互排斥，B正确；

同理可知C错误；

开关S闭合瞬间，线圈P中有感应电流，M、P相互排斥，所以D错误.

考点二　自感现象的分析

4.如图3所示，L为一纯自感线圈（即电阻为零）.LA是一个灯泡，下列说法中正确的是（　　）

A.开关S闭合瞬间，无电流通过灯泡

B.开关S闭合后，电路稳定时，无电流通过灯泡

C.开关S断开瞬间，无电流通过灯泡

D.开关S闭合瞬间及稳定时，灯泡中均有从a到b的电流，而在开关S断开瞬间，灯泡中有从b到a的电流

解析　开关S闭合瞬间，灯泡中的电流从a到b，线圈由于自感作用，通过它的电流将逐渐增加.开关S闭合后，电路稳定时，纯自感线圈对电流无阻碍作用，将灯泡短路，灯泡中无电流通过.开关S断开瞬间，由于线圈的自感作用，线圈中原有的向右的电流将逐渐减小，线圈和灯泡形成回路，故灯泡中有从b到a的电流，故B正确.

5.如图4所示的电路中，A1和A2是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其阻值与R相同.在开关S接通和断开时，灯泡A1和A2亮暗的顺序是（　　）

A.接通时A1先达最亮，断开时A1后灭

B.接通时A2先达最亮，断开时A1后灭

C.接通时A1先达最亮，断开时A2后灭

D.接通时A2先达最亮，断开时A2后灭

答案　A

解析　当开关S接通时，A1和A2同时亮，但由于自感现象的存在，流过线圈的电流由零变大时，线圈上产生自感电动势阻碍电流的增大，使通过线圈的电流从零开始慢慢增加，所以开始时电流几乎全部从A1通过，而该电流又将同时分路通过A2和R，所以A1先达最亮，经过一段时间电路稳定后，A1和A2达到一样亮；

当开关S断开时，A2立即熄灭，而对A1，由于通过线圈的电流突然减小，线圈中产生自感电动势阻碍电流的减小，使线圈L和A1组成的闭合电路中有感应电流，所以A1后灭.

6.（多选）（2018·

宿迁市高二上学期期末）如图5所示，A、B是两个完全相同的小灯泡，L是电阻不计、自感系数很大的线圈.下列说法正确的有（　　）

A.闭合S1，再闭合S2，A灯将变暗

B.闭合S1，再闭合S2，B灯将变暗直至熄灭

C.闭合S1、S2稳定后，再断开S1，A灯将立即熄灭

D.闭合S1、S2稳定后，再断开S1，B灯先亮一下然后变暗直至熄灭

答案　BCD

7.（2018·

如东中学高二阶段性测试）如图6所示，电源电动势为E，其内阻不可忽略，L1、L2是完全相同的灯泡，线圈L的直流电阻不计，电容器的电容为C，合上开关S，电路稳定后（　　）

A.电容器的带电荷量为CE

B.灯泡L1、L2的亮度相同

C.在断开S的瞬间，通过灯泡L1的电流方向向右

D.在断开S的瞬间，灯泡L2立即熄灭

解析　合上开关S，电路稳定后，L1被短路，L1灯不亮，L2灯发光，B错；

由于电源有内阻，电容器两端电压U<

E，则电容器所带电荷量Q<

CE，A错；

断开S瞬间，通过L1的电流方向向右，C正确；

断开S瞬间，电容器放电，L2慢慢熄灭，D错.

8.（2018·

哈尔滨市六校高二下学期期末）如图7所示，A、B是两个完全相同的灯泡，D是理想二极管，L是带铁芯的线圈，其直流电阻忽略不计.下列说法正确的是（　　）

A.S闭合瞬间，B先亮A后亮

B.S闭合瞬间，A先亮B后亮

C.电路稳定后，在S断开瞬间，B闪亮一下，然后逐渐熄灭

D.电路稳定后，在S断开瞬间，B立即熄灭

解析　闭合开关S瞬间，线圈相当于断路，二极管正向导通，故电流可通过灯泡A、B，即A、B灯泡同时亮，故A、B错误.因线圈的直流电阻为零，则当电路稳定后，灯泡A被短路而熄灭，当开关S断开瞬间B立即熄灭，线圈中的电流也不能反向通过二极管，则灯泡A仍是熄灭的，故C错误，D正确.

9.（2018·

三明市高二下学期期末）在如图8所示的电路中，a、b、c为三盏完全相同的灯泡，L是自感线圈，直流电阻为RL，则下列说法正确的是（　　）

A.合上开关后，c先亮，a、b后亮

B.断开开关时，N点电势高于M点

C.断开开关后，b、c同时熄灭，a缓慢熄灭

D.断开开关后，c马上熄灭，b闪一下后缓慢熄灭

解析　开关闭合瞬间，因线圈L的电流增大，产生自感电动势，通过a的电流逐渐增大，所以b、c先亮，a后亮，故A错误；

断开开关的瞬间，因线圈L的电流减小，产生自感电动势，根据楞次定律可知通过自感线圈的电流方向与原电流方向相同，N点电势高于M点；

L和a、b组成的回路中有电流，由于原来a的电流小于b的电流，开关断开的瞬间，通过a、b和线圈回路的电流从a原来的电流减小，所以b不会闪一下，而是与a一起缓慢熄灭，而c没有电流，马上熄灭，故B正确，C、D错误.

10.如图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，将电路拆去时应（　　）

A.先断开开关S1B.先断开开关S2

C.先拆去电流表AD.先拆去电阻R

解析　当开关S1、S2闭合稳定后，线圈中的电流由a→b，电压表右端为“＋”极，左端为“－”极，指针正向偏转，先断开开关S1或先拆去电流表A或先拆去电阻R的瞬间，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，此时电压表上加了一个反向电压，使指针反偏，若反偏电压过大，会烧坏电压表，故应先断开开关S2，故选B.

11.某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁芯的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E，用导线将它们连接成如图10所示的电路.检查电路后，闭合开关S，小灯泡发光；

再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象.虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他苦思冥想找不出原因.你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是（　　）

A.电源的内阻较大B.小灯泡电阻偏大

C.线圈电阻偏大D.线圈的自感系数较大

解析　根据实物连线图画出正确的电路图，如图所示，当闭合开关S，电路稳定之后，小灯泡中有稳定的电流IA，自感线圈中有稳定的电流IL，当开关S突然断开时，电流IA立即消失，但是，由于自感电动势的作用，流过线圈的电流IL不能突变，自感线圈和小灯泡构成回路，如果IL>

IA，则能观察到小灯泡闪亮一下再熄灭，线圈的自感系数越大，小灯泡延时闪亮的时间就越长.可见灯泡未闪亮的根本原因是不满足IL>

IA的条件，这是线圈电阻偏大造成的.故C正确.

考点三　自感现象中的图象问题

12.（多选）如图11所示，用电流传感器研究自感现象.电源内阻不可忽略，线圈的自感系数较大，其直流电阻小于电阻R的阻值.t＝0时刻闭合开关S，电路稳定后，t1时刻断开S，电流传感器连接计算机分别描绘了整个过程线圈中的电流IL和电阻中的电流IR随时间t变化的图象.下列图象中可能正确的是（　　）

图11

答案　AD

13.（多选）（2018·

玉溪市峨山一中高三月考）图12（a）是用电流传感器（相当于电流表，其电阻可以忽略不计）研究自感现象的实验电路，图中两个电阻的阻值均为R，L是一个自感系数足够大的自感线圈，其直流电阻值也为R.图（b）是某同学画出的在t0时刻开关S切换前后，通过传感器的电流随时间变化的图象.关于这些图象，下列说法中正确的是（　　）

图12

A.图（b）中甲是开关S由断开变为闭合，通过传感器1的电流随时间变化的情况

B.图（b）中乙是开关S由断开变为闭合，通过传感器1的电流随时间变化的情况

C.图（b）中丙是开关S由闭合变为断开，通过传感器2的电流随时间变化的情况

D.图（b）中丁是开关S由闭合变为断开，通过传感器2的电流随时间变化的情况

14.如图13所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，自感线圈L的直流电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值，在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t＝t1时刻断开开关S，下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化关系的图象中，正确的是（　　）

图13

解析　在t＝0时刻闭合开关S，由于自感线圈L产生自感电动势，阻碍电流通过，电源输出电流较小，路端电压较高，经过一段时间电路稳定后，电源输出电流较大，路端电压较低.在t＝t1时刻断开开关S，自感线圈L产生自感电动势，与灯泡构成闭合回路，灯泡D中有反向电流通过，所以表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图象中正确的是选项B.

二、非选择题

15.如图14所示，一个称为“千人震”的趣味物理小实验所用器材是一节电动势为1.5V的新干电池、几根导线、开关和一个用于日光灯上的镇流器，几位同学手拉手连成一排，另一位同学将电池、镇流器、开关用导线连接起来，并将它们和首、尾两位同学两只空着的手相连，在开关________（填“闭合”或“断开”）时就会使连成一排的同学都有触电的感觉，该实验的原理是________.

图14

答案　断开　镇流器的自感现象

解析　当开关闭合后，镇流器与同学们并联，由于电源为1.5V的新干电池，所以电流很小.当开关断开时，镇流器电流发生变化，由于镇流器的自感现象，产生很高的瞬时电压，通过同学们身体时有触电的感觉.