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1、6互感和自感学习目标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.一、互感现象1.互感：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，这种现象叫互感.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，如变压器就是利用互感现象制成的.3.危害：互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间.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.二、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不仅在邻近的电
2、路中激发出感应电动势，同样也在它本身激发出感应电动势，这种现象称为自感.由于自感而产生的感应电动势叫做自感电动势.三、自感电动势与自感系数1.自感电动势：EL，其中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.即学即用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)
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_亮，B灯_亮.当S断开时，A灯_熄灭，B灯_熄灭.(填“立即”或“慢慢”)图1答案慢慢立即慢慢慢慢一、通电自感现象导学探究如图2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，观察两只灯泡在电路接通的瞬间发光情况有什么不同？根据楞次定律分析现象产生的原因.图2答案现象：灯泡A2立即发光，灯泡A1逐渐亮起来.原因
4、：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.知识深化通电自感现象中，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，但不能阻止电流的变化.例1(多选)在如图3所示的甲、乙电路中，电阻R和灯泡电阻的阻值相等，自感线圈L的电阻值可认为是0，在接通开关S时，则()图3A.在电路甲中，A将渐渐变亮B.在电路甲中，A将先变亮，然后渐渐变暗C.在电路乙中，A将渐渐变亮D.在电路乙中，A将先由亮渐
5、渐变暗，然后熄灭答案AD解析在电路甲中，当接通开关S时，通过与灯泡相连的自感线圈的电流突然增大，由于线圈的自感现象，开始时，自感线圈产生一个很大的自感电动势来阻碍电流的流入，流入灯泡的电流很小；后来由于电流的不断流入，通过自感线圈的电流变化逐渐变慢，所以自感线圈的阻碍作用逐渐减小；当流过线圈的电流最大时，自感线圈不再有阻碍作用，所以通过灯泡的电流只能慢慢增大，故选项A正确.在电路乙中，当接通开关S时，通过自感线圈的电流突然增大，由于线圈的自感现象，开始时，自感线圈就产生一个很大的自感电动势来阻碍电流的流入，流入线圈的电流很小(可认为是0)，电路中的电流可以认为都是从灯泡通过的，以后自感线圈的阻
6、碍作用逐渐减小，通过自感线圈的电流逐渐增大，而通过灯泡的电流逐渐减小，直到流过线圈的电流最大时，自感线圈不再有阻碍作用，又因为自感线圈L的电阻值可认为是0，所以灯泡被短路，故选项D正确.分析通电自感需抓住三点：(1)通电瞬间自感线圈处相当于断路；(2)电流增大过程中自感线圈对电流有阻碍作用，使线圈中的电流从0逐渐增大到稳定值；(3)电流稳定时自感线圈相当于导体(若直流电阻为0，相当于导线).二、断电自感现象导学探究如图4所示，先闭合开关使灯泡发光，然后断开开关.图4(1)开关断开前后，流过灯泡的电流方向相同吗？(2)在断开开关时，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
7、两种现象发生的原因是什么？答案(1)S闭合时，灯泡A中的电流方向向左，S断开瞬间，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.(2)在开关断开时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电阻小于与之并联的灯泡电阻.而当自感线圈电阻大于或等于灯泡电阻时，灯泡就会缓慢变暗直至熄灭.知识深化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
8、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2(多选)如图5甲、乙所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，且小于灯泡A的电阻，闭合开关S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则()图5A.在电路甲中，断开S，A将渐渐变暗B.在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗C.在电路乙中，断开S，A将渐渐变暗D.在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗答案AD解析在电路甲中，灯A和线圈L串联，通过它们的电流相同，断开S时，线圈上产生自感电动势，阻碍原电流的减小，流过灯A的电流逐渐
9、减小，灯A渐渐变暗.在电路乙中，电阻R和灯A串联，灯A的电阻大于线圈L的电阻，电流则小于线圈L中的电流，断开S时，电源不再给灯泡供电，而线圈产生自感电动势阻碍电流的减小，通过R、A形成回路，灯A中电流突然变大，灯A将先变得更亮，然后渐渐变暗，故A、D正确.三、自感现象中的图象问题例3如图6所示的电路中，S闭合且稳定后流过电感线圈的电流是2 A，流过灯泡的电流是1 A，现将S突然断开，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6答案D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动
10、势，使线圈中的电流从原来的2 A逐渐减小，方向不变，且同灯泡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，D对.1.断电时，若自感线圈能组成闭合回路，自感线圈处电流由原值逐渐减小，不能发生突变，而且电流方向也不变；若自感线圈不能组成闭合回路，自感线圈处电流立即变为0.2.断电前后，无线圈的支路要注意电流方向是否变化.1.(互感现象的理解)(多选)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.变压器是利用互感现象制成
11、的答案BD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；互感现象并非都是有益的，有时会影响电路的正常工作，选项C错误；变压器是利用互感现象制成的，选项D正确.2.(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，自感电动势最大答案B解析电感一定时，电流变化越快，越大，由EL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
12、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.3.(互感现象的理解)(多选)如图7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7A.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
13、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.4.(自感现象的分析)(多选)如图8所示，带铁芯的电感线圈的电阻与电阻器R的阻值相同，A1、A2是两个完全相同的电流表，则下列说法中正确的是()图8A.闭合S瞬间，电流表A1示数小于A2示数B.闭合S瞬间，电流表A1示数等于A2示数C.断开S瞬间，电流表A1示数大于A2示数D.断开S瞬间，电流表A1示数等于A2示数答案AD解析开关S闭合瞬间，线圈L中产生自感电动势阻碍电流增大，所以此时电流表A1中的电流小于电流表A2中的
14、电流，A项正确；开关S断开瞬间，线圈L与A1、A2和R构成回路，线圈L中产生自感电动势，阻碍电流减小，所以A1、A2中电流也逐渐减小，但始终相等，D项正确.5.(自感现象的图象问题)(多选)如图9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变化的图象.下列图象中可能正确的是()图9答案AD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
15、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()答案D2.如图1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()图1A.开关S闭合，电路稳定后，线圈P中有感应电流，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，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，M、P相互排斥D.开关S闭合瞬间，线圈P中有感应电流，M、P相互吸引答案B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
16、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；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.3.如图2甲所示，A、B两绝缘金属环套在同一处于水平方向的铁芯上，A环中电流iA随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法中正确的是()图2A.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，t
17、3时刻两环相互排斥D.t3和t4时刻，两环相互吸引答案B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，则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，故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.4.(多选)无线电力传输目前取得重大突破，在日本展出了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3所示.下列说法正确的是()图3A.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
18、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解析根据产生感应电动势的条件，只有处于变化的磁场中，B线圈中才能产生感应电动势，A错，B对；根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小取决于磁通量的变化率，所以C错，D对.考点二自感现象的分析5.如图4所示，L为一纯电感线圈(即电阻为零).A是一个灯泡，下列说法中正确的是()图4A.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的电流答案B解析开关
19、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，纯电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，线圈和灯泡形成闭合回路，故灯泡中有从b到a的电流.6.如图5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()图5A.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
20、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，电源电流立即为零，因此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.7.(多选)(2017宿迁市高二上学期期末)如图6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()
21、图6A.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BCD8.如图7所示，电感线圈L的自感系数足够大，其电阻忽略不计，LA、LB是两个相同的灯泡，且在下列实验中不会被烧毁，电阻R2的阻值约等于R1阻值的两倍，则()图7A.闭合开关S时，LA、LB同时达到最亮，且LB更亮一些B.闭合开关S时，LA、LB均慢慢亮起来，且LA更亮一些C.断开开关S时，LA慢慢熄灭，LB马上熄灭D.断开开关S时，LA慢慢熄灭，LB闪亮后才慢慢熄灭答案D解析由于灯泡L
22、A、线圈L和电阻R1串联，灯泡LB与电阻R2串联，当S闭合瞬间，通过线圈的电流突然增大，线圈产生自感电动势，阻碍电流的增大，所以LB比LA先亮，由于LA所在的支路电阻阻值较小，故稳定时电流较大，即LA更亮一些，A、B选项错误；当S断开瞬间，线圈产生自感电动势，L、R1、LA、LB、R2组成的闭合回路中，电流从IA开始减小，故LA慢慢熄灭，LB闪亮后才慢慢熄灭，C错误，D正确.9.如图8是用于观察自感现象的电路图，线圈的自感系数很大，线圈的直流电阻RL与灯泡的电阻R满足RLR，则在开关S由闭合到断开的瞬间，可以观察到()图8A.灯泡立即熄灭B.灯泡逐渐熄灭C.灯泡有明显的闪亮现象D.只有在RLR
23、时，才会看到灯泡有明显的闪亮现象答案C解析S闭合，电路稳定时，由于RLR，那么ILIR，S断开的瞬时，流过线圈的电流IL要减小，在L上产生的自感电动势要阻碍电流的减小，而灯泡与线圈形成闭合回路，流过线圈的电流IL通过灯泡，由于ILIR，因此灯泡有明显的闪亮，C正确，A、B错误.若RLR，则ILIR，这样灯泡不会有明显的闪亮，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()图9A.先断开开关S1 B.先断开开关S2C.先拆去电流表A D.先拆去电阻R答案B解析当开关S1、S2闭合稳定后，
24、线圈中的电流由ab，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.(2018如东中学高二阶段性测试)如图10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()图10A.电容器的带电荷量为CEB.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
25、S的瞬间，灯泡L2立即熄灭答案C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UE，则电容器带电荷量QCE，A错.断开S瞬间，通过L1的电流向右，C正确；断开S瞬间，电容器放电，L2过一会熄灭，D错.考点三自感现象中的图象问题12.(多选)如图11所示的电路中，灯泡LA、LB电阻相同，自感线圈L的电阻跟灯泡相差不大.先接通S，使电路达到稳定状态，再断开S.对于电流随时间变化的图象，正确的是()图11答案BD13.如图12所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，自感线圈L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值，在t0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在tt1时刻断开开关S，下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图象中，正确的是()图12答案B解析在t0时刻闭合开关S，由于电感线圈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tt1时刻断开开关S，电感线圈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.