25-26学年物理(人教版)选择性必修二课件：2.4 互感和自感

第4节　互感和自感第二章　电磁感应1.了解互感现象及其应用。2.了解自感现象及自感系数与哪些因素有关。3.理解互感和自感现象产生的原理,能解释有关现象。4.能够分析通电自感和断电自感现象。学习目标知识点1知识点二　自感现象知识点一　互感现象知识点三　自感系数　磁场的能量知识点一　互感现象　　　如图是法拉第实验线圈。在实验中,两个线圈并没有用导线连接。(1)当线圈L1中有电流时,另一个线圈L2中是否会产生感应电流?(2)当线圈L1中的电流变化时,在另一个线圈L2中为什么会产生感应电动势呢?提示　(1)不一定。当线圈L1中的电流为恒定电流时,在其周围空间产生的磁场不变,则在另一个线圈L2中就不会产生感应电流。只有当线圈L1中的电流变化时,在其周围空间产生变化的磁场,才会在另一个线圈L2中产生感应电流。(2)当线圈L1中的电流变化时,穿过两个线圈的磁通量都会变化,在另一个线圈L2中就会产生感应电动势。1.互感:线圈之间并没有导线相连,但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____________,这种现象叫作互感,这种感应电动势叫作____________。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。________就是利用互感现象制成的。3.危害:互感现象可以发生于任何两个__________的电路之间。在电力工程和电子电路中,有时会影响电路的正常工作,要设法减小电路间的互感。感应电动势互感电动势变压器相互靠近B例1 关于互感现象,下列说法正确的是(　　)A.两个线圈之间必须有导线相连,才能产生互感现象B.互感现象可以把能量从一个线圈传到另一个线圈C.互感现象都是有益的D.在电力工程和电子电路中不存在互感现象解析　两个线圈之间没有导线相连,也能产生互感现象,选项A错误;互感现象可以把能量从一个线圈传到另一个线圈,选项B正确;互感现象不都是有益的,有时会影响电路的正常工作,选项C错误;互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间,选项D错误。对互感现象的理解(1)互感现象是一种常见的电磁感应现象,它不仅可以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)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。训练1 (2025·浙江台州期末)如图甲所示为手机无线充电工作原理图,现将手机放置在无线充电装置上,送电线圈接入如图乙所示的交变电流,下列说法正确的是(　　) D 知识点二　自感现象1.自感现象:当一个线圈中的电流______时,它所产生的______的磁场在线圈本身激发出感应电动势的现象。由于自感而产生的感应电动势叫作____________。2.通电自感和断电自感变化变化自感电动势3.自感现象的特点(1)自感电动势总是阻碍线圈中原电流的变化。(2)通过线圈中的电流不能发生突变,只能缓慢变化。(3)电流稳定时,自感线圈就相当于普通导体。【思考判断】 (1)自感现象中,感应电动势一定和原电流方向相反。( )(2)对于同一线圈,当电流变化较快时,线圈中的自感电动势也较大。( )(3)自感现象有利有害,采用“双线绕法”可消除自感。( )√×√D角度1　通电和断电自感分析例2 (2023·北京卷,5)如图所示,L是自感系数很大、电阻很小的线圈,P、Q是两个相同的小灯泡,开始时,开关S处于闭合状态,P灯微亮,Q灯正常发光,断开开关(　　)A.P与Q同时熄灭B.P比Q先熄灭C.Q闪亮后再熄灭D.P闪亮后再熄灭解析　由题意知,开关S闭合时,由于线圈L的电阻很小,P灯微亮,Q灯正常发光,则断开开关前通过线圈L的电流远大于通过P灯的电流;断开开关时,Q所在电路中电流立即为零,Q灯立即熄灭,由于自感作用,L中产生感应电动势,与P灯组成闭合回路,通过P灯的电流大于S闭合情况下的电流,故P灯闪亮后再熄灭,D正确。总结提升　自感中“闪亮”与“不闪亮”问题A角度2　自感现象中的图像问题例3 在如图所示的电路中,两个完全相同的小灯泡L1和L2分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器R。闭合开关S待电路稳定后,调整R的滑片使L1和L2亮度一样,此时通过两个灯泡的电流均为I。在之后的t0时刻断开S,则在下面如图所示的图像中,能正确反映t0前后的一小段时间内通过L1的电流i1和通过L2的电流i2随时间t变化关系的是(　　)解析　开关断开瞬间,通过电感线圈的电流减小,根据楞次定律可知,为了阻碍电感线圈中的电流减小,感应电流的方向与原电流方向相同,如图所示。随着原电流的减小,感应电流也逐渐减小,所以通过小灯泡L1的电流方向不变且逐渐减小,故A正确,B错误;断开开关后感应电流通过小灯泡L2的方向与原电流方向相反,电流逐渐减小,故C、D错误。自感现象中的I-t图像的处理技巧D训练2 (2025·山东济宁期末)如图甲所示的电路中,已知灯泡电阻不变且阻值为R。闭合开关S后,流过两个电流传感器的i-t图像如图乙所示。下列说法正确的是(　　)A.线圈的直流电阻小于灯泡电阻RB.断开开关S瞬间,灯泡先闪亮再熄灭C.闭合开关S瞬间,线圈中的自感电动势和电流均为零D.由图像中的数据和题干条件可以计算出电源电动势和内阻 知识点三　自感系数　磁场的能量 自感电感亨利H103106匝数铁芯(5)自感系数的物理意义:表征线圈产生自感电动势强弱本领的物理量。自感系数越大的线圈,对于相同的电流的变化率,自感电动势越大,自感作用越强。(6)L的大小还表示线圈对电流变化阻碍作用的强弱,反映了线圈对电流变化延时作用的强弱。2.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______输送给磁场,储存在磁场中。②线圈中电流减小时,磁场中的______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__________的“惯性”。(3)线圈的“储能”效果与线圈的自感系数有关,自感系数越大,“储能”效果越明显。能量能量电流变化【思考】如何理解线圈能够体现电的“惯性”?提示　在线圈通电瞬间和断电瞬间,自感电动势都要阻碍线圈中电流的变化,使线圈中的电流不能立即增大到最大值或不能立即减小为零。D 随堂对点自测2ABC1.(互感现象)(多选)下列关于互感现象的说法正确的是(　 　)A.一个线圈中的电流变化时,与之靠近的另一线圈中产生感应电动势的现象称为互感现象B.互感现象的实质是电磁感应,同样遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律C.利用互感现象能够将能量由一个线圈传递到另一个线圈,人们制造了收音机的“磁性天线”D.在电力工程以及电子电路中,互感现象不会影响电路的正常工作解析　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,这种现象称为互感现象,选项A正确;互感现象的实质是电磁感应现象,遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律,选项B正确;收音机的“磁性天线”以及变压器均是利用互感原理工作的,也就是利用互感现象将能量由一个线圈传递到另一个线圈,选项C正确;互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间,会影响电路的正常工作,选项D错误。D2.(自感系数)关于线圈的自感系数,下列说法正确的是(　　)A.线圈的自感系数越大,自感电动势就一定越大B.线圈中电流等于零时,自感系数也等于零C.线圈中电流变化越快,自感系数越大D.线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定解析　线圈的自感系数是由线圈本身的因素及有无铁芯决定的,与有无电流、电流变化情况都没有关系,故选项B、C错误,D正确;自感电动势的大小除了与自感系数有关,还与电流的变化率有关,故选项A错误。C3.(通电自感和断电自感)(2025·江苏徐州期中)如图所示,L是自感系数很大的线圈,它的电阻可忽略不计,二极管的正向导电电阻为0,D1和D2是两个完全相同的灯泡,则下列说法中正确的是(　　)A.闭合S,D1先亮,D2逐渐变亮B.闭合S,D1不亮,D2立即变亮C.断开S,D1亮,然后和D2同时慢慢熄灭D.断开S,D1不亮,D2亮,然后慢慢熄灭解析　闭合S,由于二极管加反向电压,不导通,所以D1不亮,由于线圈感应电动势阻碍电流增加,所以D2所在支路的电流逐渐变大,即D2逐渐变亮,故A、B错误;断开S,由于线圈中的自感电动势阻碍电流减小,则会在二极管、D1和D2中形成新的回路,使二极管导通,即D1亮,然后和D2同时慢慢熄灭,故C正确,D错误。课后巩固训练3C题组一　互感现象1.如图所示,小螺线管与音乐播放器相连,大螺线管直接与音箱相连。当把小螺线管插入大螺线管中时音乐就会从音箱中响起来,大小螺线管之间发生的物理现象是(　　)基础对点练A.自感 B.静电感应C.互感 D.直接导电解析　小螺线管与音乐播放器相连,小线圈中输入了音频信号;当把小螺线管插入大螺线管中时音乐就会从音箱中响起来,说明大线圈中激发出了感应电流,是互感现象,故C正确,A、B、D错误。AD2.(多选)(2025·山东潍坊高二期中)如图所示为某同学探究电磁感应现象的实验装置。将两个线圈绕在一个铁环上,A线圈与电源、滑动变阻器R、开关S1组成一个回路,B线圈与电流计G、开关S2组成另一个回路。关于该实验现象下列说法正确的是(　　)A.先闭合S1,再闭合S2的瞬间,G中无感应电流B.先闭合S2,再闭合S1的瞬间,G中无感应电流C.闭合S1、S2,待电路稳定后G中一直有感应电流D.闭合S1、S2,待电路稳定后R的滑片向左移动的过程中,G中有感应电流解析　先闭合S1后,线圈A中通过的是恒定电流,产生的磁场是恒定的,再闭合S2的瞬间,穿过线圈B的磁通量不变,线圈B不产生感应电动势,则G中无感应电流,故A正确;先闭合S2,此时穿过线圈B的磁通量为零,再闭合S1的瞬间,穿过线圈B的磁通量增加,线圈B产生感应电动势,G中有感应电流,故B错误;闭合S1、S2,待电路稳定后,穿过线圈B的磁通量不变,线圈B不产生感应电动势,G中无感应电流,故C错误;闭合S1、S2,待电路稳定后,R的滑片向左移动的过程中,电阻变大,线圈A中电流减小,穿过线圈B的磁通量减少,线圈B产生感应电动势,G中有感应电流,故D正确。AC题组二　自感现象、自感系数、磁场的能量3.(多选)下列关于自感现象的说法中,正确的是(　　)A.自感现象是由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象B.线圈中自感电动势的方向总与引起自感的原电流的方向相反C.线圈中自感电动势的大小与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关D.加铁芯后线圈的自感系数比没加铁芯时要小解析　自感现象实质上属于电磁感应现象。当线圈中的电流发生变化时,穿过线圈的磁通量会发生变化,产生感应电动势,自感电动势的大小与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关,A、C正确;自感系数与线圈本身因素有关,加铁芯后线圈的自感系数变大,D错误;当原电流增大时,自感电动势方向与原电流的方向相反,当原电流减小时,自感电动势方向与原电流方向相同,B错误。D4.(2025·福建泉州高二期中)如图,A、B是相同的白炽灯,L是自感系数很大、电阻可忽略的自感线圈。下列说法正确的是(　　)A.闭合开关S时,A、B灯同时亮,且达到正常B.闭合开关S时,B灯比A灯先亮,最后一样亮C.闭合开关S时,A灯比B灯先亮,最后A灯比B灯更亮D.断开开关S时,A灯与B灯同时慢慢熄灭解析　开关S闭合的瞬间,A灯立即发光,由于线圈的自感阻碍,B灯后发光;由于线圈的电阻可以忽略,且A、B是相同的白炽灯,则最终两灯一样亮,故A、B、C错误;断开开关S的瞬间,线圈与两灯一起构成一个自感回路,由于开始时两灯的电流相同,则断开开关S的瞬间,通过两灯的电流大小不变,所以随后两灯同时慢慢熄灭,故D正确。BC5.(多选)(2025·山东烟台期中)小明同学设计了如图所示的电路,可以利用电动势为1 V的废旧电池点亮工作电压为2 V的发光二极管,二极管位于图示的虚线框内(图中未画出)。关于电路的原理下列说法正确的是(　　)A.开关闭合的瞬间二极管被点亮B.开关断开的瞬间二极管被点亮C.二极管被点亮时M端电势低于N端电势D.二极管被点亮时M端电势高于N端电势解析　开关闭合的瞬间二极管两端电压小于2 V,不能被点亮,故A错误;开关断开的瞬间,由于电感线圈的自感,二极管两端电压超过2 V,被点亮。自感电动势的方向与原电流方向一致,即从二极管的N端流向M端,所以M端电势低于N端电势,故B、C正确,D错误。D6.(2025·浙江宁波高二期末)如图所示电路中,L是一电阻可忽略不计的自感线圈,a、b为L的左、右两端点,A、B、C为完全相同的三个灯泡。电源内阻忽略不计,则下列说法正确的是(　　)A.闭合开关瞬间,A、B、C同时亮起,然后A灯逐渐熄灭B.闭合开关稳定后,断开开关瞬间,A灯电流反向C.闭合开关稳定后,断开开关瞬间,a点电势高于b点D.闭合开关稳定后,断开开关瞬间,自感电动势大于电源电动势解析　闭合开关瞬间,B、C立即亮起,而由于自感线圈在闭合开关瞬间产生自感电动势,阻碍电流的通过,则通过A灯的电流逐渐增大,因此A灯不会立即变亮,而是缓慢变亮,又因为自感线圈的电阻可忽略,则当电路稳定后A灯所在支路的电流大于B、C两灯所在支路电流,即A灯比B、C两灯亮,故A错误;闭合开关稳定后,断开开关瞬间,自感线圈会产生自感电动势,B、C所在支路的原电流瞬间消失,线圈产生的自感电动势阻碍A灯中电流的减小,因此A灯中电流方向不变,并与B、C所在电路构成闭合回路,可知,流过自感线圈的电流从a到b,而外电路电流从b流向a,因此a点的电势低于b点的电势,故B、C错误,D正确。