1、4.互感和自感课 程 标 准素 养 目 标1.通过实验，了解自感现象。2.能举例说明自感现象在生产生活中的应用。1.了解自感现象和互感现象的概念，解释自然现象，解决实际问题。（物理观念）2.能在问题情境中应用楞次定律判断自感电动势的方向，知道自感电动势的大小符合法拉第电磁感应定律。（科学思维）3.通过实验观察通电自感和断电自感现象，并能解释其工作原理。（科学探究）必备知识自主学习一、互感现象二、自感现象1.自感现象：一个线圈中的电流_时，它所产生的_的磁场在它本身激发出感应电动势的现象，产生的电动势叫作_。变化变化自感电动势2.通电自感和断电自感：电路现象自感电动势的作用通电自感接通电源的瞬间
2、，灯泡A1_电流的增加断电自感断开开关的瞬间，灯泡A_。有时灯泡A会闪亮一下，然后逐渐变暗_电流的减小较慢地亮起来阻碍逐渐变暗阻碍3.自感系数：（1）自感电动势的大小：EL ，其中L是线圈的自感系数，简称自感或电感。（2）单位：_，符号：_。常用的还有毫亨（mH）和微亨（H）。换算关系是：1H_mH_H。（3）决定线圈自感系数大小的因素：线圈的大小、形状、_以及是否有_等。It亨利H103106圈数铁芯三、自感现象中的能量转化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
3、”：自感电动势有阻碍线圈中_的“惯性”。能量能量电流变化【易错辨析】（1）自感现象中，感应电动势一定和原电流方向相反。（）（2）线圈中产生的自感电动势较大时，其自感系数一定较大。（）（3）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。（）（4）没有发生自感现象时，即使有磁场也不会存储能量。（）关键能力合作学习知识点一 对自感现象的理解1.自感现象的产生：当线圈中的电流变化时，产生的磁场及穿过自身的磁通量随之变化，依据楞次定律，会在自身产生感应电动势，叫自感电动势。2.规律：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的原电流的变化。当原电流增加时，自
4、感电动势阻碍原电流的增加，方向与原电流方向相反。当原电流减小时，自感电动势阻碍原电流的减小，方向与原电流方向相同。自感电动势总要阻碍引起自感的原电流的变化，但阻止不住，只是变化得慢了。收音机里的“磁性天线”怎样把广播电台的信号从一个线圈传到另一个线圈？提示：利用互感现象。【典例】（多选）关于自感现象，下列说法中正确的是（）A对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感系数也较大B.线圈中产生的自感电动势较大的其自感系数一定较大C感应电流方向不一定和原电流方向相反D对于同一线圈，电流变化越快，线圈中的自感电动势越大【解题探究】（1）线圈中的自感电动势的大小由什么决定？提示：根据 ELIt 可知，
5、线圈中的自感电动势的大小由线圈的自感系数和电流变化快慢决定。（2）线圈的自感系数与什么有关？提示：自感系数的决定因素：线圈的大小、形状、圈数，以及是否有铁芯。【解析】选 C、D。自感系数是由线圈本身的特性决定的，与自感电动势的大小、电流变化快慢无关，A、B 错误；根据楞次定律，当原电流增大时，感应电流与原电流方向相反；当原电流减小时，感应电流与原电流方向相同，C 正确；根据法拉第电磁感应定律，电流变化越快时，磁通量变化越快，自感系数不变，自感电动势越大，D正确。1.关于电磁感应现象，下列说法中正确的是（）A穿过螺线管的磁通量发生变化时，螺线管内部就一定有感应电流产生B只要电路的一部分做切割磁感
6、线运动，电路中就一定有感应电流C线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大D线圈中电流变化越快，线圈中产生的自感电动势一定越大【解析】选 D。穿过闭合回路的磁通量变化时，电路中产生感应电流，穿过螺线管的磁通量发生变化时，如果电路不闭合，螺线管内部不一定产生感应电流，故 A 错误；穿过闭合回路的磁通量变化时，电路中产生感应电流，电路的一部分做切割磁感线运动时，如果电路不闭合，电路不会产生感应电流，故 B 错误；由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势与磁通量的变化率成正比，与磁通量的变化量无关，磁通量的变化量大，感应电动势不一定大，故 C 错误；由 ELIt 可知，线圈中电流变化越快，线圈
7、中产生的自感电动势一定越大，故 D 正确。2.关于电磁感应，下列说法中正确的是（）A由于自感电流总是阻碍原电流的变化，所以自感电动势的方向总与原电流的方向相反B在自感系数一定的条件下，通过导体的电流引起的磁通量变化越大，产生的感应电动势就越大C在自感系数一定的条件下，通过导体的电流变化越快，产生的自感电动势越大D在自感现象中，电感线圈的自感系数与产生的自感电动势大小有关【解析】选 C。根据楞次定律，当原电流增大时，感应电动势与原电流方向相反；当原电流减小时，感应电动势与原电流方向相同，故 A 错误；在自感系数一定的条件下，根据法拉第电磁感应定律，则有：通过导体的电流的变化率越大，产生的自感电动
8、势越大，与电流大小及电流变化的大小无关，故 B 错误，C 正确；自感系数由线圈自身决定，与其他因素无关，故 D 错误。【加固训练】1.（多选）下列关于自感现象的论述中，正确的是（）A线圈的自感系数跟线圈内电流的变化率成正比B当线圈中电流减弱时，自感电动势的方向与原电流方向相反C当线圈中电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反D穿过线圈的磁通量的变化和线圈中电流的变化成正比【解析】选 C、D。线圈的自感系数是由线圈本身性质决定的，与线圈的长度、匝数、线圈的横截面积、铁芯的有无有关，而与线圈内电流强度的变化率无关，故 A 错误；自感电动势的方向总是阻碍原来线圈中电流的变化，即原来线圈中电流增大
9、，自感电动势的方向与原电流方向相反；线圈中电流减弱，自感电动势的方向与原电流方向相同，故 C 正确，B 错误。根据 ELIt 和 Ent 比较可知 I，则 D 正确。2.（多选）线圈通以如图所示的随时间变化的电流，则（）A0t1 时间内线圈中的自感电动势最大Bt1t2 时间内线圈中的自感电动势最大Ct2t3 时间内线圈中的自感电动势最大Dt1t2 时间内线圈中的自感电动势为零【解析】选 C、D。线圈中的自感电动势与通入的电流的变化率成正比，即 EIt。根据图像分析：0t1 时间内的电流变化率小于 t2t3 时间内的电流变化率，A 错误，C 正确；t1t2 时间内的电流变化率为零，自感电动势为零
10、，B 错误，D 正确。知识点二 通电自感和断电自感与线圈串联的灯泡与线圈并联的灯泡电路图通电时电流逐渐增大，灯泡逐渐变亮电流 I1 突然变大，然后逐渐减小达到稳定断电时电流逐渐减小，灯泡逐渐变暗，电流方向不变电路中稳定电流为 I1、I2若 I2I1，灯泡逐渐变暗若 I2I1，灯泡闪亮一下后逐渐变暗，两种情况灯泡电流方向均改变提醒：通电时，线圈相当于断路；断电时，线圈相当于电源。（教材二次开发P26 演示实验拓展）电路开关断开时为什么会产生电火花？提示：电路中的开关断开时会产生很大的自感电动势，使得开关中的金属片之间产生电火花。【典例】（多选）如图所示是演示自感现象的实验电路图。下列说法中正确的
11、是（）A.在断开开关 S 后的一段短暂时间里，L 中仍有电流通过，方向为 abB在断开开关 S 后的一段短暂时间里，A 中仍有电流通过，方向为 abC在断开开关 S 后，原存储在线圈内的大部分磁场能将转化为电能D在断开开关 S 后，原存储在线圈内的大部分磁场能将转化为化学能【解析】选 A、C。开关由闭合到断开瞬间，A 灯中原来的电流突然消失，线圈中电流减小，产生自感电动势阻碍电流减小，自感电流流过 A 灯，灯过一会熄灭。根据楞次定律得知，线圈中电流方向自左向右，通过 A 灯电流方向自右向左，即为 ba。原存储在线圈内的大部分磁场能将转化为电能，A、C 正确，B、D 错误。1.如图所示，电路中
12、A、B 是规格相同的灯泡，L 是电阻可忽略不计的电感线圈，那么（）A.断开 S，B 立即熄灭，A 闪亮一下后熄灭B合上 S，B 先亮，A 逐渐变亮，最后 A、B 一样亮C断开 S，A 立即熄灭，B 由亮变暗后熄灭D合上 S，A、B 逐渐变亮，最后 A、B 一样亮【解析】选 A。断开 S，线圈中电流要减小，会产生自感电动势，故只能缓慢减小，L 与电灯 A 构成回路放电，故 B 立即熄灭，A 闪亮一下后熄灭，A 正确，C 错误；开关 S 闭合的瞬间，两灯同时获得电压，所以 A、B 同时发光；由于线圈的电阻可以忽略，A 灯逐渐被短路，流过 A 灯的电流逐渐减小，流过 B 灯的电流逐渐增大，则 A灯变
13、暗，B 灯变亮，B 错误，D 错误。2.如图所示，A1 和 A2 是两个规格完全相同的灯泡，A1 与自感线圈 L 串联后接到电路中，A2 与可变电阻串联后接到电路中。先闭合开关 S，缓慢调节电阻 R，使两个灯泡的亮度相同，再调节电阻R1，使两个灯泡都正常发光，然后断开开关 S。对于这个电路，下列说法中正确的是（）A.再闭合开关时，A1 先亮，A2 后亮B再闭合开关 S 时，A1 和 A2 同时亮C再闭合开关 S，待电路稳定后，重新断开开关 S，A2 立刻熄灭，A1 过一会儿熄灭D再闭合开关 S，待电路稳定后，重新断开开关 S，A1 和 A2 都要过一会儿才熄灭【解析】选 D。再次闭合开关 S
14、时，滑动变阻器 R 不产生感应电动势，灯泡 A2 立刻正常发光，线圈的电流增大，产生自感电动势，根据楞次定律得知，感应电动势阻碍电流的增大，使得电流逐渐增大，A1 灯逐渐亮起来，故 A、B 错误；再闭合开关 S，待电路稳定后，重新断开开关 S，由于 L 产生自感，A1 和 A2 与 L、R 构成一个闭合自感回路，A1 和 A2 都要过一会儿才熄灭，故 C 错误，D 正确。【拓展例题】考查内容：自感现象的图像问题【典例】如图所示的电路中，电源的电动势为 E，内阻为 r，电感 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 S
15、。下列表示 A、B 两点间电压 UAB 随时间 t 变化的图像中，正确的是（）【解析】选 B。闭合开关 S 后，灯泡 D 直接发光，电感 L 的电流逐渐增大，电路中的总电流也将逐渐增大，电源内电压增大，则路端电压 UAB 逐渐减小；断开开关 S后，灯泡 D 中原来的电流突然消失，电感 L 中的电流通过灯泡形成的闭合回路逐渐减小，所以灯泡 D 中电流将反向，并逐渐减小为零，即 UAB 反向逐渐减小为零，所以选项 B 正确。情境模型素养随着科技的不断发展，小到手表、手机，大到电脑、电动汽车，都已经在无线充电方面实现了从理论研发到实际应用的转化。如图所示为某品牌手机无线充电的原理图。探究：（1）无线
16、充电时，手机上接收线圈的工作原理是什么？（2）接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率有何关系？是不是所有手机都能用该品牌无线底座进行无线充电？提示：（1）无线充电时，手机接收线圈的工作原理是电磁感应；（2）根据电磁感应原理，接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中频率相同。并不是所有手机都能进行无线充电，只有手机中有接收线圈时手机能利用电磁感应，进行无线充电。如图是家庭用的“漏电保护器”的部分的原理图，入户的两根电线（火线和零线）采用双线绕法，然后再接户内的用电器。其中 P 是一个铁芯，P 上的另一线圈接 Q，它是一个脱扣开关的控制部分（脱扣开关本身没有画出，它是串联在本图左边的火线上
17、，开关断开时，用户的供电被切断），Q 所接的线圈的两端之间，当 a、b 间没有电压时，Q 使得脱扣开关闭合，当 a、b 间有电压时脱扣开关立即断开，使用户断电。探究：（1）用户正常用电时，a、b 之间有没有电压？为什么？（2）如果某人站在地面上，手误触火线而触电，脱扣开关是否会断开？为什么？提示：（1）由题文中提取的有用信息是：“火线和零线采用双线”，正常工作时通过两线的电流时刻大小相等方向相反，在铁芯中磁通量时刻为零，因此，在 Q 所接线圈中不会产生电磁感应，a、b 间没有电压。（2）手误触火线时，相当于把入户线短接，通过人体的电流不通过线圈，所以火线通过的电流大于地线通过的电流，在铁芯中磁
18、通量不再为零，因此，在 Q 所接线圈中产生电磁感应，a、b 间有电压，Q 会断开，从而保证了用户的用电安全。课堂检测素养达标1.下列说法正确的是（）A感应电流的磁场总是与原磁场方向相反B线圈的自感作用是阻碍通过线圈的电流C当穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势一定为零D自感电动势阻碍原电流的变化【解析】选 D。当磁通量增大时，感应电流的磁场与它相反，当磁通量减小时，感应电流的磁场与它相同。即感应电流的磁场方向取决于引起感应电流的磁通量是增加还是减小，感应电流的方向与原来电流的方向没有关系，故 A 错误；线圈的自感作用是阻碍通过线圈的电流的变化，不是阻碍电流，故 B 错误；线圈的电动势的大小与磁通
19、量的大小无关，与磁通量的变化率有关，故 C 错误；根据线圈自感的特点可知，自感电动势阻碍原电流的变化，故 D 正确。2.（多选）如图所示的甲、乙电路，电阻 R 和自感线圈 L 的电阻都很小。接通 S，使电路达到稳定，灯泡 A 发光，则（）A.在电路图甲中，断开 S，A 将渐渐变暗B在电路图甲中，断开 S，A 将先变得更亮，然后渐渐变暗C在电路图乙中，断开 S，A 将渐渐变暗D在电路图乙中，断开 S，A 将先变得更亮，然后渐渐变暗【解析】选 A、D。题图甲中，A 与自感线圈 L 在同一个支路中，流过的电流相同，断开开关 S 时，线圈 L 中的自感电动势要维持原电流不变，所以开关断开的瞬间，A的电
20、流不变，以后电流渐渐变小。因此，A 渐渐变暗。题图乙中，A 所在支路的电流比自感线圈所在支路的电流要小（因为自感线圈的电阻很小），断开开关 S 时，自感线圈的自感电动势要阻碍电流的变小，此瞬间自感线圈中的电流不变，自感线圈相当于一个电源给 A 供电。因此，反向流过 A 的瞬间电流要变大，然后渐渐变小，所以A 将先闪亮一下，然后渐渐变暗。【加固训练】如图电路中，A、B 是相同的两小灯泡。L 是一个带铁芯线圈，电阻可不计。调节 R，可使电路稳定时两灯都正常发光，则（）A合上 S 时，B 立刻变亮，A 慢慢变亮B断开 S 时，B 比 A 先熄灭C断开 S 时，通过 A、B 两灯的电流方向都与原电流方
21、向相同D.断开 S 时，B 灯会突然闪亮一下后再熄灭【解析】选 A。在开关合上时，B 灯立即变亮；在开关合上瞬时，通过线圈的电流在增大，导致线圈出现自感电动势，从而阻碍灯泡 A 的电流增大，则 A 灯慢慢变亮，最后达到正常发光状态，故 A 正确；断开开关 S 的瞬间，由于 L 的自感电动势的存在，在 L 和 A 中的电流会通过 L、A、B 形成新的回路维持不变，通过 A 灯的电流的方向不变，而 B 灯的电流方向与原电流方向相反，则 A、B 两灯都会慢慢熄灭；断开开关 S 的瞬间，因通过两灯的电流大小与原来的电流大小相同，所以两灯会慢慢熄灭，但不会闪亮一下，故 B、C、D 错误。3.（多选）如图
22、为演示自感现象的实验电路，两灯泡完全相同，电感线圈的自感系数较大，且使得滑动变阻器 R 接入电路中的阻值与线圈直流电阻相等，下列判断正确的是（）A接通开关 S，灯 A1、A2 立即变亮B接通开关 S，灯 A1 逐渐变亮，A2 立即变亮C断开开关 S，灯 A1、A2 逐渐熄灭D断开开关 S，灯 A1 逐渐熄灭，A2 闪一下后逐渐熄灭【解析】选 B、C。电阻 R 不产生自感现象，接通开关 S 瞬间，灯 A2 立即正常发光。而电感线圈 L 产生自感电动势，根据楞次定律得知，自感电动势阻碍电流的增大，使得电路中电流只能逐渐增大，所以闭合开关的瞬间，A1 灯逐渐变亮，即 A2 灯先亮，A1 灯后亮，故
23、A 错误，B 正确；闭合开关，待电路稳定后两支路电流相等，断开开关，原来通过 A2 灯的电流立即消失，电感线圈 L 产生自感电动势，相当于电源，两灯串联，自感电流流过两灯，两灯逐渐熄灭，故 C 正确，D 错误。故选 B、C。4.司机把车停在了路边，小明跑到一个小超市买了一瓶水，回来系好安全带后才打火启动汽车，继续向前走。小明很奇怪，司机只是轻轻地一扭钥匙，汽油机就点火启动了，这是什么原理呢？小明立即用手机搜索了一下，原来，电子点火器用到了刚学不久的自感现象！为了把原理说明白，小明设计了如下一个电路：如图所示，电源电动势为 E、内阻可以忽略不计，L 是一个匝数很多且有铁芯的线圈，其直流电阻为 r
24、，a、b 之间的定值电阻阻值为 R。然后小明设想了这样一组操作过程：先将开关 S 接通，电路稳定后，断开 S，请你按小明的思路完成如下问题的分析：（1）断开 S 瞬间，试确定通过定值电阻的电流大小和方向；（2）断开 S 瞬间，线圈 L 相当于电源，试确定这个电源的电动势的大小；（3）若 R 不是一个定值电阻，而是两个彼此靠近的金属电极，试说明断开 S 瞬间，两电极间产生电火花的原因。【解析】（1）断开 S 前，通过 L 的电流为IEr，方向向右。由楞次定律可知，断开 S 后，L 中的电流只能从原来的值逐渐减小，这个电流通过 R，因此，断开 S 瞬间，通过 R 的电流大小为IEr，方向向左。（2）断开 S 瞬间，线圈 L 相当于电源，L 和 R 构成的回路总电阻为（Rr），由闭合电路欧姆定律可知，L 中产生的自感电动势大小为E 自I（Rr）代入 IEr，解得E 自RrrE（3）两靠近的金属电极间电阻极大，接近无穷大，根据 E 自I（Rr）可知，断开S 瞬间，L 中产生的自感电动势很大，两个电极间的电压就会极高，因此极易击穿空气发生火花放电。答案：（1）Er，方向向左（2）RrrE（3）见解析