1、第四节互感和自感核心素养明目标核心素养学习目标物理观念了解互感现象；了解自感现象，认识自感电动势对电路中电流的影响。科学思维了解自感系数的意义和决定因素。科学态度与责任了解生活和生产中的自感现象。知识点一互感现象当线圈A中电流发生变化时，它产生的变化的磁场在线圈B中激发出了感应电动势。根据对称性思想，线圈B中感应电流的变化，同时也会在线圈A中产生相应的感应电动势。这种现象称为互感，所产生的感应电动势称为互感电动势。互感现象也可以发生在两个互相靠近的电路之间。知识点二自感现象1自感现象：当线圈中的电流发生变化时，线圈本身产生感应电动势，阻碍原来电流变化的现象。2通电自感和断电自感电路现象自感电动
2、势的作用通电自感接通电源的瞬间，灯泡A1较慢地亮起来阻碍电流的增加断电自感断开开关的瞬间，灯泡A逐渐变暗阻碍电流的减小3自感电动势在自感现象中产生的感应电动势。知识点三自感系数1定义：描述通电线圈自身特性的物理量，又称自感或电感。2物理意义：表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量。3大小的决定因素：与线圈的大小、形状、匝数以及有无铁芯等因素有关。4单位：国际单位是亨利，简称亨，符号是H，常用的还有毫亨(mH)和微亨(H)，1 H103 mH106 H。知识点四生活、生产中的自感现象1自感现象广泛地存在于生活、生产之中。人们常常利用自感现象，比如通过断电自感来产生高压，日光灯、汽车发动机点火器、
3、煤气灶电子点火器等都利用了这一原理。2自感现象也会产生危害，生产中的大型电动机一般都有自感系数很大的线圈。当电路中开关断开时，线圈会产生很大的自感电动势，使开关的闸刀和固定夹片之间的空气电离而变成导体，形成电弧。这不仅会烧坏开关，甚至还会危害到操作人员的安全，因此，切断这种电路时必须采用特制的安全开关。1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)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。()(2)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。()(3)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。()(4)线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定。()(
4、5)当电流增加时，自感电动势的方向与原来的电流反向，当电流减小时与原来的电流同向。 ()2通过一个线圈的电流在均匀增大时，则这个线圈的()A自感系数也将均匀增大B自感电动势也将均匀增大C磁通量保持不变D自感系数和自感电动势不变D线圈的磁通量与电流大小有关，电流增大，由法拉第电磁感应定律知，磁通量变化，故C项错误；自感系数由线圈本身决定，与电流大小无关，A项错误；自感电动势EL，与自感系数和电流变化率有关，对于给定的线圈，L一定，已知电流均匀增大，说明电流变化率恒定，故自感电动势不变，B项错误，D项正确。3(多选)如图所示，带铁芯的自感线圈的电阻与电阻R的阻值相同，A1和A2是两个完全相同的电流
5、表，则下列说法中正确的是()A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AD闭合S瞬间，由于自感线圈L的阻碍，使得I1I2，电流表A1示数小于A2示数，A正确，B错误；断开S瞬间，自感线圈L与R形成闭合回路，因此电流表A1示数等于A2示数，C错误，D正确。 考点1自感现象的理解如图所示，在演示断电自感实验时，有时灯泡D会闪亮一下，然后逐渐熄灭，你能说出是什么原因导致的吗？提示：若线圈L的阻值RL小于灯泡阻值R0时，断电前稳定状态下电流ILID。断电后L与D构成回路，断电瞬间由于自
6、感现象，IL将延迟减弱，则流过灯泡D的电流为IL大于原电流，所以会使灯泡闪亮一下后再逐渐熄灭。1对自感现象的理解：自感现象是一种电磁感应现象，遵从法拉第电磁感应定律和楞次定律。2对自感电动势的理解(1)产生原因：通过线圈的电流发生变化，导致穿过线圈的磁通量发生变化，因而在原线圈上产生感应电动势。(2)自感电动势的方向：当原电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反；当原电流减小时，自感电动势方向与原电流方向相同(增反减同)。(3)自感电动势的作用：阻碍原电流的变化，而不是阻止，电流仍在变化，只是使原电流的变化时间变长，即总是起着推迟电流变化的作用。3对电感线圈阻碍作用的理解(1)两种阻碍作用
7、产生的原因不同：线圈对稳定电流的阻碍作用是由绕制线圈的导线的电阻决定的，对稳定电流阻碍作用的产生原因是金属对定向运动电子的阻碍作用，具体可用金属导电理论理解。线圈对变化电流的阻碍作用是由线圈的自感现象引起的，当通过线圈中的电流变化时，穿过线圈的磁通量发生变化，产生自感电动势，根据楞次定律知，当线圈中的电流增加时，线圈中的自感电动势与原电流方向相反，阻碍电流的增加(图甲)。当线圈中的电流减小时，线圈中的自感电动势与原电流方向相同，阻碍电流的减小(图乙)。甲乙(2)两种阻碍作用产生的效果不同：在通电线圈中，电流稳定值为，由此可知线圈的稳定态电阻决定了电流的稳定值。L越大，电流由零增大到稳定值I0的
8、时间越长。也就是说，线圈对变化电流的阻碍作用越大，电流变化的越慢。总之，稳定态电阻决定了电流所能达到的稳定值，对变化电流的阻碍作用决定了要达到稳定值所需的时间。【典例1】关于线圈中自感电动势大小的说法中正确的是()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B由自感电动势EL得L一定时，E与成正比，即电感一定时，电流变化越快，自感电动势越大，故A错误，B正确；通过线圈的电流为零的瞬间，电流变化率不一定为零，自感电动势不一定为零，通过线圈的电流为最大值的瞬间，电流变化率
9、可能为零，自感电动势也可能为零，故C、D均错误。(1)电流变化时，电感线圈产生自感电动势，对电流的变化有阻碍作用。(2)电流稳定时，电感线圈不产生自感电动势，相当于一段导体，阻值即为直流电阻。1如图所示的电路中，电源电动势为E，线圈L的电阻不计。以下判断正确的是()A闭合S，稳定后，电容器两端电压为EB闭合S，稳定后，电容器的a极带正电C断开S的瞬间，电容器的a极板将带正电D断开S的瞬间，电容器的a极板将带负电C闭合S，稳定后，线圈L相当于导线，则电容器被短路，则其电压为零，故A错误；电容器的电压为零，a极板不带电，故B错误；断开S的瞬间，线圈L中电流减小，产生自感电动势，相当于电源，给电容器
10、充电，根据线圈的电流方向不变，则电容器的a极板将带正电，故C正确，D错误。 考点2通电自感与断电自感问题如图所示，当开关S断开时，电路中会产生自感现象，称为断电自感，回答下面几个问题：(1)电源断开时，通过线圈L的电流减小，这时会出现感应电动势。感应电动势的作用是使线圈L中的电流减小得更快些还是更慢些？(2)产生感应电动势的线圈可以看作一个电源，它能向外供电。由于开关已经断开，线圈提供的感应电流将沿什么途径流动？提示：(1)开关断开后，感应电动势使线圈L中电流IL减小得更慢些。(2)开关断开后，感应电流将沿线圈L向右流动，经灯泡A后流到线圈的左端，即线圈L和灯泡A构成闭合电路，回路中电流沿逆时
11、针方向。在处理通断电自感灯泡亮度变化问题时，不能一味套用结论，如通电时逐渐变亮，断电时逐渐变暗，或闪亮一下逐渐变暗，要具体问题具体分析，关键要搞清楚电路连接情况。通电自感断电自感电路图器材要求A1、A2同规格，RRL，L较大L很大(有铁芯)，RLRA现象在S闭合瞬间，A2灯立即亮起来，A1灯逐渐变亮，最终一样亮在开关S断开时，灯A突然闪亮一下后再渐渐熄灭(当抽掉铁芯后，重做实验，断开开关S时，会看到灯A马上熄灭)原因由于开关闭合时，流过电感线圈的电流迅速增大，使线圈产生自感电动势，阻碍电流的增大，使流过A1灯的电流比流过A2灯的电流增加得慢断开开关S时，流过线圈L的电流减小，使线圈产生自感电动
12、势，阻碍电流的减小，使电流继续存在一段时间；在S断开后，通过L的电流反向通过电灯A，且由于RLRA，使得流过A灯的电流在开关断开瞬间突然增大，从而使A灯的发光功率突然变大能量转化情况电能转化为磁场能磁场能转化为电能【典例2】(多选)图中两个电路是研究自感现象的电路，对实验结果的描述正确的是()A接通开关时，灯A2立即就亮，A1稍晚一会儿亮B接通开关时，灯A1立即就亮，A2稍晚一会儿亮C断开开关时，灯A1立即熄灭，A2稍晚一会儿熄灭D断开开关时，灯A2立即熄灭，A1稍晚一会儿熄灭思路点拨与线圈L串联的灯泡与线圈中电流一定相等。与线圈L并联的灯泡的电流与线圈中电流可以不同。AC接通开关时，A2立即
13、就亮，A1与线圈串联，由于自感电动势的作用，电流逐渐变大，所以A1稍晚一会儿亮，A正确；断开开关时，A1立即熄灭，A2由于和线圈构成回路，回路中电流逐渐减小，所以稍晚一会儿熄灭，C正确。通、断电自感现象的判断技巧(1)通电时线圈产生的自感电动势阻碍电流的增加，且与电流方向相反，使电流相对缓慢地增加。(2)断电时线圈产生的自感电动势与原电流方向相同，在与线圈串联的回路中，线圈相当于电源，它提供的电流逐渐变小。(3)电流稳定时，若线圈有电阻时就相当于一个定值电阻，若不计线圈的电阻时就相当于一根导线。2如图所示，a、b、c为三个相同的灯泡，额定电压稍大于电源的电动势，电源内阻可以忽略。L是一个本身电
14、阻可忽略的电感线圈。开关S闭合，现突然断开，已知在这一过程中灯泡都不会烧坏，则下列关于c灯泡的说法中正确的是()A亮度保持不变B将闪亮一下，而后逐渐熄灭C将闪亮一下，而后逐渐恢复原来的亮度D将变暗一下，而后逐渐恢复原来的亮度C当开关合上，稳定后，灯泡a短路，不亮，b、c两灯的电压为电源电压，通过L的电流，为E电压下灯泡工作电流的2倍。开关S断开后，a、b灯串联后与c灯并联接到电路中，由于自感电动势的作用，断电瞬间，通过L的电流成为通过c的电流，即原电流的2倍，c灯闪亮，但是稳定后c两端的电压仍是E，所以最终恢复原亮度，故A、B、D错误，C正确。1关于线圈的自感系数，下面说法正确的是()A线圈的
15、自感系数越大，自感电动势一定越大B线圈中的电流等于零时，自感系数也等于零C线圈中电流变化越快，自感系数越小D线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定D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A错误。2如图所示是用于观察自感现象的电路图。设线圈的自感系数较大，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()A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时，才会看到灯泡有明显的闪亮现象CS闭合，电路稳定时，由于
16、RLR，那么ILIR，S断开的瞬间，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。通过灯泡原来的电流IR随着开关的断开变为零，而灯泡与线圈形成闭合回路，此时灯泡的电流等于流过线圈的电流，即从IL开始逐渐变小，由于ILIR，因此灯泡开始时有明显的闪亮现象，C正确，A、B错误。若RLR时，ILIR，这样不会有明显的闪亮，D错误。3如图是用电流传感器(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，电源的电动势为E，内阻为r，自感线圈L的自感系数足够大，其直流电阻值大于灯泡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。在选项图所示的图
17、像中，可能正确表示电流传感器记录的电流随时间变化情况的是()ABCDB闭合开关的瞬间，自感线圈的电阻很大，灯泡中有一定的电流通过，过一段时间，自感线圈的电阻减小，自感线圈与灯泡并联的两端电压减小，故灯泡中的电流变小，选项A、D均错误；当时间再延长，灯泡的电流稳定在某一值上，且大于直流电阻值较大的线圈的电流；当断开开关时，自感线圈产生自感电动势，自感线圈中的电流与原来的电流方向相同，它与灯泡组成的电路中，感应电流沿逆时针方向，且电路中的电流比闭合开关时灯泡中的电流稳定时要小一些，然后电流随自感电动势的减小而慢慢减小到0，故选项B正确，C错误。4如图所示，L是电感足够大的线圈，其直流电阻可忽略不计
18、，A和B是两个参数相同的灯泡，若将开关S闭合，等灯泡亮度稳定后，再断开开关S，则()A开关S闭合时，灯泡A比B先亮B开关S闭合时，灯泡A、B同时亮，最后一样亮C开关S闭合后，灯泡A逐渐熄灭，灯泡B逐渐变亮，最后保持不变D开关S断开瞬间，A、B都闪亮一下逐渐熄灭C当S闭合时，由于L的阻碍，电流从两灯中流过，故两灯同时亮，并且流过的电流相等，故两灯的亮度相同；但电路稳定后，灯泡A被短路而熄灭，B灯更亮，最后保持不变，故C正确，A、B错误；S断开时，B中电流消失，故立即熄灭；而A由于电感中产生感应电动势，使A闪亮一下后逐渐熄灭，故D错误。5某同学在做如图所示的自感实验中，灯泡两端并联了自感系数L很大
19、的自感线圈，其直流电阻大于灯泡电阻。关于该实验，下列说法正确的是()AS接通瞬间，灯泡会逐渐变亮BS接通稳定时，灯泡会熄灭CS断开后的瞬间，灯泡的电流从右向左DS断开后，灯泡会闪亮一下再熄灭C闭合开关的瞬间，电压直接加到灯泡两端，所以灯泡立即亮；由于线圈中自感电动势的阻碍，流过线圈的电流逐渐增大，闭合开关稳定后，自感作用消失，通过灯泡的电流比开始时略小，但灯泡不会熄灭，故A错误，B错误；闭合开关，待电路稳定后断开开关，线圈产生的自感电动势维持自身的电流且逐渐减小，线圈与灯泡构成自感回路，电流的方向从右向左流过灯泡，灯泡逐渐熄灭；由于线圈的直流电阻大于灯泡电阻，则电路中的电流稳定时灯泡中的电流大于线圈中的电流，线圈产生的自感电动势维持自身的电流且逐渐减小，所以灯泡逐渐熄灭，不会闪亮一下，故C正确，D错误。
