高中物理人教版 (新课标)选修36 互感和自感导学案及答案

互感和自感

知识要点：

一、互感现象

    两个相邻的线圈，当一个线圈中的电流变化时在另一个线圈中产生感应电动势，这种现象叫做互感。这种感应电动势叫做互感电动势。变压器就是利用互感现象制成的。

二、自感现象

1．自感：当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场在它本身激发出感应电动势，这种现象叫做自感，相应的电动势叫做自感电动势。

    2．典型电路：

3．规律：自感电动势大小 

             自感电动势方向服从楞次定律，即感应电流总是阻碍原电流的变化。

4．自感系数：公式中的L叫做自感系数，简称自感或电感。自感系数与线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯等因素有关。

三、涡流

1．定义：块状金属在磁场中运动，或者处在变化的磁场中，金属块内部会产生感应电流，这种电流在整块金属内部自成闭合回路，叫做涡流。

2．热效应：金属块中的涡流要产生热量。如果磁通量变化率大，金属的电阻率小，则涡流很强，产生的热量很多。利用涡流的热效应可以制成高频感应炉、高频焊接、电磁炉等感应加热设备。变压器、电机铁芯中的涡流热效应不仅损耗能量，严重时还会使设备烧毁．为减少涡流，变压器、电机中的铁芯都是用很薄的硅钢片叠压而成。

3．磁效应：块状导体在磁场中运动时，产生的涡流使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。电磁仪表中的电磁阻尼器就是根据涡流磁效应制成的

4．机械效应：磁场相对于导体转动，导体中的感应电流使导体受到安培力作用，安培力使导体运动起来，这种作用称为电磁驱动。交流感应电动机、磁性式转速表就是利用电磁驱动的原理工作的。

课堂练习

1．（海南）在如图所示的电路中，a、b为两个完全相同的灯泡，L为自感线圈，E为电源，S为开关。关于两灯泡点亮和熄灭的先后次序，下列说法正确的是（ C ）

A．合上开关，a先亮，b后亮；断开开关，a、b同时熄灭

B．合上开关，b先亮，a后亮；断开开关，a先熄灭，b后熄灭

C．合上开关，b先亮，a后亮；断开开关，a、b同时熄灭

D．合上开关，a、b同时亮；断开开关，b熄灭，a后熄灭

2．（徐州三测）在如图所示电路中。A、B是两个完全相同的灯泡，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闭合与断开时，对A、B的发光情况判断正确的是                         （ AC ）    

A．S闭合时，A立即亮，然后逐渐熄灭

B．S闭合时，B立即亮，然后逐渐熄灭

C．S闭合足够长时间后，B发光，而A不发光

D．S闭合足够长时间后再断开S，B立即熄灭，而A逐渐熄

3．如图所示，A和B是电阻为R的电灯，L是自感系数较大的线圈，当S1闭合、S2断开且电路稳定时，A、B亮度相同，再闭合S2，待电路稳定后将S1断开，下列说法中，正确的是                      （ AD ）

 A．B灯立即熄灭      

B．A灯将比原来更亮一些后再熄灭

 C．有电流通过B灯，方向为c→d

 D．有电流通过A灯，方向为b→a

4．如图所示，abcd是一闭合的小金属线框，用一根绝缘的细杆挂在固定点O，使金属线框在竖直平面内来回摆动的过程穿过水平方向的匀强磁场区域，磁感线方向跟线框平面垂直，若悬点摩擦和空气阻力不计，则                      （ AC ）

A．线框进入或离开磁场区域时，都产生感应电流，而且电流的方向相反

B．线框进入磁场区域后，越靠近OO′线时速度越大，因而产生的感应电流也越大

C．线框开始摆动后，摆角会越来越小，摆角小到某一值后将不再减小

D．线框摆动过程中，机械能完全转化为线框电路中的电能

5．（上海）如图所示，A、B为大小、形状均相同且内壁光滑，但用不同材料制成的圆管，竖直固定在相同高度。两个相同的磁性小球，同时从A、B管上端的管口无初速释放，穿过A管比穿过B管的小球先落到地面。下面对于两管的描述这可能正确的是：                               （ B ）

A．A管是用塑料制成的，B管是用铜制成的；

B．A管是用铝制成的，B管是用胶木制成的；

C．A管是用胶木制成的，B管是用塑料制成的；

D．A管是用胶木制成的，B管是用铝制成的。

6．如图所示是一种延时开关，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                            （ BC ）

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线圈的电键S2，无延时作用   

D．如果断开B线圈的电键S2，延时将变长

7．如图所示，电路中L是自感系数较大的电感器．当滑动变阻器的滑动触头P从A端迅速滑向B端过程中通过AB的中点C时刻，回路中的电流为I1；当滑动触头P从B端迅速滑向A端过程中通过C点时刻，回路中的电流为I2；当滑动触头固定在C点时刻，回路中的电流为I3，则下列关系正确的是           （ C ）

A．I1= I2=I3        B．I1> I3>I2       

C．I1< I3<I2        D．I1= I2>I3

8．如图所示，电键S原先闭合，电路处于稳定状态，在某一时刻t1突然打开电键S，则通过电阻R1中的电流I1随时间变化的图像是

(  D  ) 

9．(连云港三研)图甲为某同学研究自感现象的实验电路图，用电流传感器显示器各时刻通过线圈L的电流。电路中电灯的电阻R1=6.0Ω，定值电阻R=2.0Ω，AB间电压U=6.0 V。开关S原来闭合，电路处于稳定状态，在t1=1.0×10–3 s时刻断开关S，此时刻前后电流传感器显示的电流随时间变化的图线如图乙所示。

（1）求出线圈L的直流电阻RL；

（2）在图甲中用箭头标出断开开关后通过电灯的电流方向；

（3）在t2=1.6×10–3 s时刻线圈L中的感应电动势的大小是多少？

解答：（1）由图可知，零时刻通过电感线圈L的电流为：I0＝1.5A，

由欧姆定律：

解得：

（2）R1中电流方向向左（或逆时针方向）

（3）由图可知，在t2=1.6×10–3 s时刻电感线圈L的电流I=0.2A。线圈此时相当于一个电源，由闭合电路的欧姆定律得：E = I (RL+R+R1)

代入数据解之得：E＝2.0V

课外作业

1．关于线圈中自感电动势的大小，下列说法中正确的是           (  B  )

 A．电感一定时，电流变化越大，电动势越大

 B．电感一定时，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 

2．关于线圈自感系数的说法，正确的是                          ( BC )

 A．自感电动势越大，自感系数也越大

 B．把线圈中的铁芯抽出一些，自感系数减小

 C．把线圈匝数增加一些，自感系数变大

 D．绕制电感线圈的导线越粗，自感系数越大

3．如图所示，D1和D2是两个相同的灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其电阻与R相同，下列说法正确的是                                              （ AB ）

A．线圈L中的电流变化越快，则其自感系数越大，自感电动势也越大

B．电键S闭合时D1先达最亮，断开时后暗

C．电键S闭合时D2先达最亮，断开时后暗

D．从S闭合到断开，D1和D2始终一样亮

4．如图所示，（a）、（b）中，R和自感线圈L的电阻都很小，接通K，使电路达到稳定，灯泡S发光。下列说法正确的是                                       （ AD ）

A．在电路（a）中，断开K，S将渐渐变暗

B．在电路（a）中，断开K，S将先变得更亮，然后渐渐变暗

C．在电路（b）中，断开K，S将渐渐变暗

D．在电路（b）中，断开K，S将先变得更亮，然后渐渐变暗

5．如图电路中，自感线圈的直流电阻RL很小（可忽略不计），自感系数L很大。A、B、C是三只完全相同的灯泡，则S闭合后                                    （ BCD ）

  A．S闭合瞬间，B、C灯先亮，A灯后亮

  B．S闭合瞬间，A灯最亮，B灯和C灯亮度相同

  C．S闭合后，过一会儿，A灯逐渐变暗，最后完全熄灭

  D．S闭合后过一会儿，B、C灯逐渐变亮，最后亮度相同

6．如图所示是测定自感系数很大的线圈L的直流电阻的电路，L两端并联一只电压表，用来测量自感线圈的直流电压，在测量完毕后，拆解电路时应                              （ B ）

 A．先断开S1               B．先断开S2

C．先拆除电流表           D．先拆除电压表

解答：只要不断开S2，线圈L与电压表就会组成闭合回路，在断开电路干路时，线圈L会因此产生感应电流，电流的方向与原方向相同，这时流过电压表时，电流的方向与原来电流方向相反，电压表中的指针将反向转动，损坏电压表，所以必须先拆下电压表，即断开S2。

7．如图所示，多匝线圈L的电阻和电源内阻都很小，可忽略不计，电路中两个电阻器的电阻均为R，开始时电键S断开．此时电路中电流强度为I0，现将电键S闭合、线圈L中有自感电动势产生，下列说法中正确的是                                         （ D ）

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，电路中电流最终总小于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2 I0

8．如图所示，灯泡L1和L2 均为“6V 3W”，L3 为“6V 6W”，电源电动势8V，线圈L的自感系数很大而电阻可忽略。则开关闭合瞬时，三灯亮度情况                                ，当电流逐渐稳定时又如何                        。

L1、L2同时亮，L3不亮，由亮到暗的顺序为L2、L3、L1