1、4互感和自感第二章电磁感应1.了解互感现象及其应用.2.能够通过电磁感应的有关规律分析通电自感和断电自感现象.3.了解自感电动势的表达式EL ，知道自感系数的决定因素.4.了解自感现象中的能量转化.学习目标知识梳理重点探究随堂演练课时对点练内容索引NEIRONGSUOYIN1.互感和互感电动势：两个相互靠近但导线不相连的线圈，当一个线圈中的 变化时，它所产生的 会在另一个线圈中产生感应电动势，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 ，如变压器就是利用 制成的.3.危害：互感现象能发生在任何两个 的电路之间.在电力工程和电子电路中，互感现象有时会
2、影响电路的正常工作.一、互感现象知识梳理电流变化的磁场互感电动势另一个线圈互感现象相互靠近当一个线圈中的 变化时，它产生的 不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也在线圈 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作 .二、自感现象电流变化的磁场本身自感电动势1.自感电动势： 是 ；L是 ，简称自感或电感.单位： ，符号： .2.自感系数与线圈的 、 、 ，以及是否有 等因素有关.三、自感系数电流的变化率自感系数亨利H大小形状匝数铁芯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 ，储存在 中.2.线圈中电流减小时， 中的能量释放出来转化为电能.四、磁场的能量
3、磁场磁场磁场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.()即学即用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.(均选填“立即”或“缓慢”)图图1缓慢立即缓慢缓慢答案两个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使穿过另
4、一个线圈的磁通量发生变化，从而产生感应电动势.导学探究如图2所示，在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，当一个线圈中的电流变化时，在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？一、互感现象重点探究图图21.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.3.应用与危害(1)应用：变压器、收音机的磁性天线都是利用互感现象制成的.(2)危害：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，这时要设法减小
5、电路间的互感.例如在电路板的刻制时就要设法减小电路间的互感现象.知识深化例1 (多选)(2020天津卷)手机无线充电是比较新颖的充电方式.如图3所示，电磁感应式无线充电的原理与变压器类似，通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量.当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后，就会在邻近的受电线圈中感应出电流，最终实现为手机电池充电.在充电过程中A.送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化B.受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变C.送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递D.手机和基座无需导线连接，这样传递能量没有损失图图3解析送电线圈中通入的是正弦式交变电流，故产生的磁
6、场也是周期性变化的，受电线圈中产生的感应电流也是周期性变化的，感应电流产生的磁场也是周期性变化的，故A正确，B错误；送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递，故C正确；有一部分能量会以电磁波的形式散发到周围的空间中损失掉，也有一部分能量转化为手机的内能损失掉，故D错误.答案现象：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.二、通电自感现象图图4导学探究如图4所示，先
7、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，观察两只灯泡在电路接通瞬间的发光情况有什么不同？根据楞次定律分析该现象产生的原因.1.自感现象也是电磁感应现象，也符合楞次定律，可表述为自感电动势总要阻碍引起自感电动势的原电流的变化.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).知识深化例2(2019长沙一中高二检测)如图5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
8、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)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灭图图5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.答案S闭合时，流过灯泡A中的电流方向向左，S断开瞬间，流过灯泡A中的电流方向向右，所以开关S断开前后，流过灯泡的电流方向相反.三、断电自感现象自感系数图图6导学探究如图6所示，线圈L的自感系数很大，先闭合开关使灯泡发光，然后断开开关.(1)
9、开关断开前后，流过灯泡的电流方向相同吗？答案在开关断开后灯泡又闪亮一下的原因是：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直流电阻小于与之并联的灯泡电阻.而当线圈直流电阻大于或等于灯泡电阻时，灯泡只会缓慢变暗直至熄灭.图图6(2)在开关断开过程中，有时灯泡闪亮一下再熄灭，有时灯泡只会缓慢变暗直至熄灭，请分析上述两种现象发生的原因是什么？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，灯泡会闪亮一下再熄灭；
10、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.知识深化4.自感系数L(1)自感系数简称自感或电感，不同的线圈，在电流变化率相同的条件下，产生的自感电动势不同，电学中用自感系数来表示线圈的这种特性.(2)线圈的长度越长，面积越大，单位长度上匝数越多，线圈的自感系数就越大.线圈中有铁芯时比无铁芯时自感系数大.(3)单位：亨利，符号H,1 H103 mH106 H.例3(多选)(2019天津市检测)在如图7所示的甲、乙两个电路中，电阻R和自感线圈L的直流电阻都很小.闭合开关S，使电路达到稳定，则A.在电路甲中，断开开关S，灯泡A将逐渐变暗B.在电路甲
11、中，断开开关S，灯泡A将先变得更 亮，然后逐渐变暗C.在电路乙中，断开开关S，灯泡A将逐渐变暗D.在电路乙中，断开开关S，灯泡A将先变得更 亮，然后逐渐变暗图图7当断开开关S时，线圈L相当于电源，产生了自感电动势，在L、R、A回路中产生了自感电流.在电路甲中，自感电流从IL1逐渐减小，通过灯泡A的电流也从IL1逐渐减小，灯泡A将渐渐变暗；在电路乙中，自感电流从IL2逐渐减小，灯泡A的电流也从IL2逐渐减小，因为IL2IA2，所以灯泡A将先变得更亮，然后逐渐变暗，故选项A、D正确.解析在电路甲中，设通过线圈L的电流为IL1，通过A及R的电流为IA1和IR1.同理，设电路乙中通过L、A、R的电流分
12、别为IL2、IA2、IR2.针对训练在如图8所示的电路中，两个电流表完全相同，零刻度在刻度盘的中央.当电流从“”接线柱流入时，指针向右摆；当电流从“”接线柱流入时，指针向左摆(本题中的指针摆向是相对于电流表零刻度而言的).在电路接通且稳定后断开开关S的瞬间，下列说法正确的是A.G1指针向右摆，G2指针向左摆B.G1指针向左摆，G2指针向右摆C.两指针都向右摆D.两指针都向左摆图图8解析电路接通且稳定时，两支路中都有自左向右的电流，当开关S断开的瞬间，通过L的电流减小，故L将产生自左向右的自感电流以阻碍原电流变化，L所在支路与R所在支路串联形成回路，则电流自左向右流过电流表G1、自右向左流过电流
13、表G2，故选A.例4在如图9所示的电路中，开关S闭合且稳定后流过自感线圈的电流是2 A，流过灯泡D的电流是1 A，现将开关S突然断开，能正确反映流过灯泡的电流i在开关S断开前后随时间t变化关系的图像是图图9解析开关S断开前，通过灯泡D的电流是稳定的，其值为1 A.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流，使线圈中的电流从2 A逐渐减小，方向不变，且与灯泡D构成闭合回路，通过灯泡D的电流和线圈L中的电流相同，也应该是从2 A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，故D对.A.只要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
14、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1.(互感现象)(多选)(2020惠州市第一次调研)目前无线电力传输已经比较成熟，如图10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123随堂演练4图图10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，1234A线
15、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B、D正确，C错误.2.(自感系数)下列关于自感系数及自感电动势的说法中正确的是A.通过线圈的电流为最大值的瞬间，自感电动势最大B.电流变化越大，自感电动势越大C.线圈中的电流变化越快，其自感系数越大D.线圈内插入铁芯，其自感系数增大12341234线圈的自感系数仅由线圈自身的因素决定，如：线圈的横截面积、长度、单位长度上的线圈匝数、有无铁芯等，与其他因素无关，故选项C错误，选项D正确.3.(自感现象)图11甲、乙是演示自感现象的两个电路图，L1和L2为自感线圈.实验时，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗；
16、闭合开关S2，灯A2逐渐变亮，而另一个相同的灯A3立即变亮，最终A2与A3的亮度相同.下列说法正确的是A.图甲中，A1与L1的电阻相同B.图甲中，闭合S1，电路稳定后， A1中电流大于L1中电流C.图乙中，变阻器R与L2的电阻相同D.图乙中，闭合S2瞬间，L2中电流与 滑动变阻器R中电流相等123图图114解析在题图甲中断开S1瞬间，灯A1突然闪亮，说明断开S1前，L1中的电流大于A1中的电流，故L1的阻值小于A1的阻值，A、B错误；在题图乙中，闭合S2瞬间，由于L2的自感作用，通过L2的电流很小，D错误；闭合S2后，最终A2与A3亮度相同，说明两支路电流相等，故变阻器R与L2的阻值相同，C正
17、确.12341234.(自感现象中的图像问题)(多选)如图12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.t0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变化的图像.下列图像中可能正确的是图图124考点一互感现象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.如选项图所示两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是基础对点练课时对点练123456789 10111213142.(多选)如图1所示，线圈
18、P、Q同轴放置，P与开关S、电源和滑动变阻器R组成回路，Q与电流计G相连，要使Q线圈产生图示方向的电流，可采用的方法有A.闭合开关S后，把R的滑片右移B.闭合开关S后，把R的滑片左移C.闭合开关S后，把Q靠近PD.无需闭合开关S，只要把Q靠近P即可123456789 10111213图图114解析闭合开关S后，若把R的滑片右移，Q中的磁场方向从左向右，且在减小，根据楞次定律，Q线圈中电流方向与题图电流方向相反，故A错误；同理可知，B正确；闭合开关S后，将Q靠近P，Q中的磁场方向从左向右，且在增强，根据楞次定律，Q线圈中的电流方向与题图电流方向相同，故C正确；若S不闭合，则Q线圈中无磁场，故Q中
19、不会有电流产生，故D错误.123456789 10111213143.(多选)(2019兰州市检测)如图2所示是某电磁冲击钻的原理图，若突然发现钻头M向右运动，则可能是A.开关S闭合瞬间B.开关S由闭合到断开的瞬间C.开关S已经是闭合的，滑动变阻器滑片P向左迅速滑动D.开关S已经是闭合的，滑动变阻器滑片P向右迅速滑动123456789 10111213图图214解析如题图所示，钻头M上有一闭合线圈，若M向右运动，即M正远离原线圈，根据楞次定律，说明原磁场的磁通量在增加，所以，开关S闭合的瞬间或滑动变阻器滑片P向左迅速滑动使电流增大时，原磁场磁通量才会增加.123456789 101112131
20、44.如图3(a)所示，线圈ab、cd绕在同一软铁芯上.在ab线圈中通以变化的电流，用示波器测得线圈cd间电压随时间变化的关系如图(b)所示，已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比，则下列选项图中描述线圈ab中电流随时间变化关系的图像，可能正确的是123456789 10111213图图314解析线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比，则线圈ab中每个时间段内电流的磁场均匀变化，才能在线圈cd中产生大小不变的电动势，因此可能正确反映这一关系的图像只有C，故C正确，A、B、D错误.123456789 1011121314考点二通电自感与断电自感5.如图4所示，多匝线圈L的电阻和电源内阻不计，两个
21、电阻的阻值都是R，开关S原来是断开的，电流I0 ，现闭合开关S将一电阻短路，于是线圈有自感电动势产生，则该电动势A.有阻碍电流的作用，最后电流由I0减小到零B.有阻碍电流的作用，最后电流总小于I0C.有阻碍电流增大的作用，因而电流将保持I0不变D.有阻碍电流增大的作用，但电流最后还是增大到2I0123456789 10111213图图41414解析开关S由断开到闭合，回路中的电流要增大，因而在L上要产生自感电动势，自感电动势要阻碍原电流的增加，但阻碍不是阻止，电流仍要增大，达到稳定后电流为2I0，选项D正确.123456789 10111213146.(多选)(2020山东省实验中学模拟)如图
22、5所示，L是自感系数较大的线圈，其直流电阻可忽略不计，a、b、c是三个相同的小灯泡，下列说法正确的是A.开关S闭合时，b、c灯立即变亮，a灯逐渐变亮B.开关S闭合，电路稳定后，b、c灯亮，a灯不亮C.开关S断开时，b、c灯立即熄灭，a灯逐渐熄灭D.开关S断开时，c灯立即熄灭，a、b灯逐渐熄灭123456789 10111213图图514解析灯a与线圈L串联，当开关S闭合时，灯b、c立即变亮.通过线圈L的电流增大，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律，线圈产生的感应电动势与原来电流方向相反，阻碍电流的增大，电路的电流逐渐增大，a逐渐亮起来.由于线圈直流电阻忽略不计，当电流逐渐稳定时，线圈不产生感应
23、电动势，a、b两灯电流相等，亮度相同，故A正确，B错误；稳定后，当开关S断开时，由于自感，线圈中的电流只能慢慢减小，其相当于电源，与灯泡a、b构成闭合回路放电，a、b两灯都逐渐熄灭，而c灯立即熄灭，故C错误，D正确.123456789 10111213147.(多选)如图6所示，A、B是完全相同的两个小灯泡，L为自感系数很大的线圈，其直流电阻等于灯泡电阻.闭合开关S，电路稳定时，B灯恰能正常发光.则A.开关S闭合时，A、B两灯同时亮B.开关S闭合，电流稳定时，A灯熄灭C.开关S断开时，两灯都会亮一下再熄灭D.开关S断开时，A灯灯丝不可能被烧断123456789 10111213图图614123
24、456789 10111213解析开关S闭合瞬间，A和B同时发光，故A正确；电路稳定后L的电感不再起作用，起作用的只是它的直流电阻，因A、B是完全相同的两个小灯泡，B此时正常发光，那么说明灯的额定电流由并联的A和L的直流电阻分配，L的直流电阻等于灯泡电阻，14123456789 10111213断开开关S的瞬间，由电感的特性可知，L和A组成的回路中的电流大小不变，其数值就是S断开前L支路中的电流，即等于额定电流的一半，A灯不会闪亮一下，灯丝也不可能被烧断，而B灯立即熄灭，故C错误，D正确.148.如图7所示，电阻R的阻值和线圈L的自感系数都较大，自感线圈的直流电阻不计，A、B是两只完全相同的灯
25、泡，则下列说法正确的是A.当开关S闭合时，B比A先亮，然后A熄灭B.当开关S闭合时，B比A先亮，然后B熄灭C.当电路稳定后断开开关S时，A立刻熄灭， B逐渐熄灭D.当电路稳定后断开开关S时，B立刻熄灭， A闪一下后再逐渐熄灭123456789 10111213图图714解析当开关S闭合时，由于电阻R的阻值和线圈L的自感系数都较大，通过L和R的电流很小，相当于断路，A、B两灯一起亮，稳定后A灯被线圈L短路后熄灭，选项A、B错误；当电路稳定后断开开关S时，B立刻熄灭，因为线圈L中会产生自感电动势，阻碍本身电流的减小，线圈L和A灯形成闭合回路，所以A会闪一下后再逐渐熄灭，选项C错误，D正确.1234
26、56789 1011121314考点三自感现象中的图像问题9.(2019西安市长安区一中高二上期末)在如图8所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，线圈的自感系数很大，线圈的直流电阻RL小于灯泡的电阻R.在t0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在tt1时刻断开S.下列表示通过灯泡的电流随时间变化的图像中，正确的是123456789 10111213图图81410.(多选)在如图9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
27、，分别用i1、i2表示流过D1、D2的电流，则下列图像中能定性描述电流随时间变化关系的是123456789 10111213图图914解析闭合开关S后，通过D1、D2和D3的电流方向都是由上向下，D1中电流逐渐增大至稳定，且D1中稳定电流为D2、D3中稳定电流的2倍，断开开关S后，由于自感现象，通过D1的电流方向不变，电流逐渐减为0，故选项A错误，B正确；开关断开后，D2和D3中电流方向与原方向相反，大小由D1中的稳定电流值逐渐减为0，故选项C正确，D错误.123456789 101112131411.如图10甲所示，A、B两绝缘金属环套在同一铁芯上，A环中电流iA随时间t变化的图像如图乙所示
28、，下列说法中正确的是A.t1时刻，两环作用力最大B.t2和t3时刻，两环相互吸引C.t2时刻两环相互吸引，t3时刻两环相互排斥D.t3和t4时刻，两环相互吸引123456789 10111213图图10能力综合练14解析t1时刻B环中感应电流为零，故两环间相互作用力为零，A错误；t2时刻A环中电流在减小，则B环中产生与A环中同向的电流，故两环相互吸引，同理可知t3时刻两环也相互吸引，B正确，C错误；t4时刻A环中电流为零，两环无相互作用，D错误.123456789 101112131412.(2019佛山市检测)如图11所示，线圈L的电阻不计，则A.S闭合瞬间，A板带正电，B板带负电B.S闭合
29、，稳定后，A板带正电，B板带负电C.S断开瞬间，A板带正电，B板带负电D.由于线圈电阻不计，电容器被短路，上述 三种情况下，两板都不带电123456789 10111213图图1114123456789 10111213解析S闭合瞬间，电源给电容器充电，且A与电源的正极相连，故A板带正电，B板带负电，A正确；S闭合，稳定后，电容器被短路，电容器两端的电压与并联的支路电压相同，即为零，故电容器不带电，B错误；S断开瞬间，由于线圈产生感应电流，电流的方向与原电流方向相同，故A板带负电，B板带正电，C错误；根据上述分析可知，D错误.1413.(多选)如图12所示，灯泡A、B与定值电阻的阻值均为R，L
30、是自感系数较大的线圈，S1闭合稳定后，当S2断开且电路稳定时，A、B两灯亮度相同，再闭合S2，待电路稳定后将S1断开，下列说法正确的是A.B灯立即熄灭B.A灯亮一下后熄灭C.有电流通过B灯，方向为cdD.有电流通过A灯，方向为ba123456789 10111213图图1214解析S1闭合、S2断开且电路稳定时，A、B两灯一样亮，说明两个支路中的电流相等，这时线圈L没有自感作用，可知线圈L的直流电阻也为R，在S2、S1都闭合且稳定时，IAIB，S2闭合，待电路稳定后将S1断开，由于线圈的自感作用，流过A灯的电流方向变为ba，A灯缓慢熄灭，故选项B错误，D正确；由于定值电阻R没有自感作用，故断开
31、S1时，B灯立即熄灭，故选项A正确，C错误.123456789 1011121314于稳定状态，在t11.0103 s时刻断开开关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.则线圈L的直流电阻RL_ ；断开开关后通过电灯的电流方向为_(选填“向左”或“向右”)；在t21.6103 s时刻线圈L中的自感电动势的大小为_ V.123456789 10111213图图1314.图13甲为某同学研究自感现象的实验电路图，用电流传感器显示各时刻通过线圈L的电流.电路中电灯的电阻R16.0 ，定值电阻R2.0 ，A、B间电压U6.0 V.开关S原来闭合，电路处2.0向左2.014解析由题图乙可读出，开始时线圈L的电流i01.5 A，123456789 10111213断开开关后，L中的电流从原来的数值逐渐减小，电流的方向不变，所以通过电灯的电流方向与原来的方向相反，是向左的.14由题图乙读出，t21.6103 s时刻线圈L的电流i20.20 A，线圈L此时是一个电源，由闭合电路欧姆定律得Ei2(RLRR1)2.0 V.
