1、4.互感和自感1知道什么是互感现象和自感现象。2.观察通电自感和断电自感实验现象，了解自感现象中自感电动势的作用。3.知道自感电动势的大小与什么有关，理解自感系数和自感系数的决定因素。4.通过对自感现象的研究，了解磁场的能量。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。这种现象叫作互感，这种感应电动势叫作互感电动势。2互感的应用：利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈。变压器就是利用互感现象制成的。3互感的危害：互感现象可以发生于任何两个相互靠近的电路之间。在电力工程中和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常
2、工作。二、自感现象1自感：当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场在线圈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作自感电动势。2通电自感和断电自感三、自感系数1自感电动势的大小：EL，其中L叫作自感系数，简称自感或电感，单位是亨利，简称亨，符号是H。常用的单位还有毫亨(mH)、微亨(H)。2决定线圈自感系数大小的因素：线圈的大小、形状、匝数，以及是否有铁芯等。四、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：其中的磁场从无到有，这可以看作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。2电的“惯性”：
3、自感电动势有阻碍线圈中电流变化的“惯性”。判一判(1)任何两个电路之间都能产生互感现象。()(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)线圈中的电流增大时，线圈中的自感电动势也一定增大。()提示：(1)(2)自感电动势的大小EL，所以自感电动势大不一定是由自感系数大引起的，有可能是电流的变化率很大引起的。(3)课堂任务互感现象的理解及应用仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。活动1：如图是法拉第探究电磁感应的实验装置。开关S闭合或断开时，线圈L1中的电流是否发生变化？提示：变化。活动2：开关S闭合或断开时，线圈L2中的磁通量是否发生变化？提示：变化。活动3：开关S闭合或
4、断开时，线圈L2中是否产生感应电流？提示：是。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，这种现象叫作互感。2互感的应用：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、收音机的磁性天线。3互感的危害：互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间。在电力工程中和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作。例1(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，原理示意图如图所示。下列说法正确的是()A若A线圈中
5、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线圈中才会产生感应电动势CA中电流越大，B中感应电动势越大DA中电流变化越快，B中感应电动势越大(1)A线圈中的电流与它在B线圈处激发的磁场有什么关系？提示：电流越强，激发的磁场越强。(2)B线圈产生的感应电动势大小如何判定？提示：可由法拉第电磁感应定律判定。规范解答根据产生感应电动势的条件，只有处于变化的磁场中，B线圈才能产生感应电动势，A错误，B正确；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变化率，C错误，D正确。完美答案BD规律点拨产生互感的条件(1)A线圈产生的磁场穿过B线圈。(2)A线圈中的电流变化。(多
6、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递到另一个线圈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，A错误；互感现象可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈，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，C错误；变压器是利用互感现象制成的，D正确。课堂任务自感现象的理解及应用仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。活动1：如图甲，A1、A2的规格相同，先闭合开关S，调节电阻R，使两个灯泡的亮度相同，再调节可调电阻R1，使它们都正常发光，然后断开开关S。重新
7、接通电路，会观察到什么现象？提示：灯泡A2先亮，A1逐渐变亮，最后和A2亮度相同。活动2：试用电磁感应理论分析上述现象。提示：开关闭合的瞬间，流过线圈L的电流从无到有，电流产生的磁场从无到有，根据法拉第电磁感应定律，会在线圈中产生感应电动势，根据楞次定律，感应电动势会阻碍电流的增加，所以灯泡A1逐渐变亮。活动3：如图乙，开始时开关闭合，断开开关时，试分析线圈L中的电流会立即变为0吗？提示：断开开关，线圈中的电流减小，这时会产生感应电动势阻碍电流的减小，所以电流不会立即减为0，只会逐渐减小为0。活动4：图乙中开关断开后，产生感应电动势的线圈可以看成一个电源，灯泡中的电流与原来通过它的电流方向是否
8、一致？提示：通过线圈的电流由于感应电动势而沿原方向(向右)逐渐减小，线圈与灯泡组成回路，所以流过灯泡的电流向左，与原来通过它的电流方向(向右)相反。活动5：图乙中开关断开后，通过灯泡的电流是否有可能比原来的更大？提示：开关闭合时灯泡和线圈并联，由于两者电阻可能不同，通过灯泡的电流I1可能大于、小于、等于通过线圈L的电流I2；断开开关时，通过线圈和灯泡的电流都从I2开始逐渐减小，所以通过灯泡的电流可能大于原来的I1。1自感电动势的本质与作用(1)从本质上分析：由法拉第电磁感应定律知道，穿过线圈的磁通量发生变化时，线圈中就产生感应电动势。在自感现象中，由于流过线圈的电流发生变化，导致穿过线圈的磁通
9、量发生变化而产生自感电动势。(2)自感电动势的作用：总是阻碍线圈中原电流的变化，即总是起着推迟电流变化的作用。2自感电动势的方向对线圈内自感电动势方向的理解：楞次定律在这里可表达成“自感电动势具有这样的方向，它总是阻碍引起自感电动势的电流的变化”。所以研究自感电动势的方向要从研究线圈中电流的变化着手。如图甲所示，当S闭合后，L内的电流方向是由左向右，在S闭合瞬间L内电流增大，L内产生的自感电动势阻碍其电流增大，所以自感电动势的方向向左。如图乙所示的电路原是闭合的，当开关S断开瞬间，流经L内向右的电流减小，L内产生的自感电动势阻碍电流减小，自感电动势方向向右，与灯泡A构成回路，流经灯A的电流是感
10、应电流，方向为DAC。可见当线圈中的电流增大时，自感电动势就阻碍电流的增大，其方向与原电流的方向相反。当线圈中的电流减小时，自感电动势就阻碍电流的减小，其方向与原电流方向相同，对电流的减小起到延迟作用。3通电自感和断电自感的比较通电自感断电自感电路图现象在S闭合瞬间，灯L2立即亮起来，灯L1逐渐变亮，最终稳定在开关S断开瞬间，灯LA逐渐熄灭，或突然闪亮一下后再逐渐熄灭原因由于开关闭合时，流过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L1灯的电流缓慢增大断开S的瞬间，由于L中的电流迅速减小，产生自感电动势，阻碍电流减小，线圈和灯泡组成临时回路，若I2I1，灯泡中电流由I2逐
11、渐减小，灯泡逐渐变暗；若I2I1，灯泡中电流先增大后减小，灯泡先闪亮一下后逐渐变暗能量转化情况电能转化为磁场能磁场能转化为电能4自感现象的应用和防止(1)应用如日光灯电路中的镇流器，无线电设备中电感器和电容器一起组成的振荡电路等。需要利用自感现象时，可以适当地增大自感系数。(2)危害及防止变压器、电动机等设备中有匝数很多的线圈，当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，烧蚀接触点，甚至会引起人身伤害。因此，切断这类电路时，必须采用特制的安全开关，避免出现电火花。消除自感现象常用的方法之一是双线并绕，这样线圈中没有磁通量，也就没有了磁通量的变化，因此无电磁感应
12、现象发生。例2如图所示的电路中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()A接通时A1首先达到最亮，断开时A1后灭B接通时A2首先达到最亮，断开时A1后灭C接通时A1首先达到最亮，断开时A1先灭D接通时A2首先达到最亮，断开时A2先灭开关S接通瞬间，电路是怎样连接的？开关S断开时，又构成怎样的回路？提示：开关S接通瞬间，可认为R与A2并联后与A1串联；开关S断开时，可认为L与A1形成闭合回路。规范解答当开关S接通时，A1和A2同时亮，但由于自感现象的存在，流过线圈的电流由零变大时，线圈上产生自感电动势阻碍电流的
13、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，而该电流经支路分别通过A2和R，所以A1首先达到最亮，经过一段时间电路稳定后，A1和A2亮度相同；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减小，线圈L和A1组成闭合电路，电流逐渐减小，所以A1后灭。A正确。完美答案A规律点拨1.自感现象的分析思路(1)明确通过自感线圈的电流的变化情况(增大还是减小)。(2)根据楞次定律，判断自感电动势的方向。(3)分析线圈中电流的变化情况。电流增强时(如通电时)，由于自感电动势方向与原电流方向相反，阻碍电流增加
14、，因此电流逐渐增大；电流减小时(如断电时)。由于自感电动势方向与原电流方向相同，阻碍电流减小，线圈中电流逐渐减小。(4)明确电路中元件与自感线圈的连接方式。若元件与自感线圈串联，元件中的电流与线圈中电流有相同的变化规律；若元件与自感线圈并联，元件上的电压与线圈上的电压有相同的变化规律；若元件与自感线圈构成临时回路，元件成为自感线圈的临时外电路，元件中的电流大小与线圈中电流大小有相同的变化规律。2.特别提醒的三种状况(1)电流减小时，自感线圈中的电流一定小于原先所通电流，但自感电动势可能大于原电路两端电动势。(2)断电自感时灯不一定有闪亮，产生闪亮的条件是稳定时通过线圈L的电流IL大于通过灯的电
15、流，否则就不会有闪亮现象出现。(3)在发生自感现象时，电流不发生“突变”。3.对自感线圈阻碍作用的理解(1)若电路中的电流改变，自感线圈会产生自感电动势阻碍电路中电流的变化，使得通过自感线圈的电流不能突变。(2)若电路中的电流是稳定的，自感线圈相当于一段导线，其阻碍作用是由绕制线圈的导线的电阻引起的。(3)自感电动势只是延缓了电流的变化，并不能阻止原电流的变化，更不能使原电流反向。如图所示的电路中，S闭合且稳定后流过自感线圈的电流是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变化关系的图像是()答案D解析开关S断开前，通过灯泡D的电流是稳定的，
16、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感应电动势，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正确。课堂任务自感电动势的大小及自感系数仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。前面我们分析了自感电动势的方向，那么自感电动势的大小与电流的变化有什么关系呢？活动1：自感电动势也是感应电动势，设穿过线圈的磁通量为，试写出自感电动势E的表达式(只写比例关系)。提示：根据法拉第电磁感应定律，自感电动势E。活动2：实验表明，电流激
17、发的磁场的强弱正比于电流的强弱，则自感电动势的大小与电流的变化有什么关系？提示：磁场的强弱正比于电流的强弱，所以磁通量的变化正比于电流的变化，由此可知自感电动势正比于电流的变化率，即E。活动3：如果用L表示上式的系数，写成等式，试分析L的大小可能与什么有关。提示：利用L将上述关系写成等式，即EL，又因为En，所以nLI，L，由此式可知L与线圈的匝数(n)、大小和形状(S)及是否有铁芯(影响B的大小)有关。1自感电动势的大小：自感电动势EL，L称为自感系数，它与线圈的大小、形状、匝数，以及是否有铁芯等因素有关。2自感系数(1)大小：线圈的长度越长，线圈的横截面积越大，单位长度上的匝数越多，线圈的
18、自感系数就越大，线圈有铁芯时比无铁芯时自感系数大得多。(2)单位：亨利(符号H)，1 H103 mH106 H。(3)物理意义：表征线圈产生自感电动势本领大小的物理量，数值上等于通过线圈的电流在1 s内改变1 A时产生的自感电动势的大小。例3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线圈中的电流等于零时，自感系数也等于零C线圈中的电流变化越快，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(1)线圈的自感电动势大小由什么决定？提示：电流的变化率和自感系数。(2)线圈的自感系数由什么决定？提示：由线圈自身的特性及有无铁芯决定。规范解答线圈的自
19、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。完美答案D规律点拨对自感系数的理解(1)自感系数的大小由线圈本身的特性及有无铁芯决定，线圈越长，单位长度的匝数越多，自感系数越大。(2)自感系数与E、I、t等均无关。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
20、EL知，自感电动势越大，故A错误，B正确；线圈中电流为零时，电流的变化率不一定为零，自感电动势不一定为零，故C错误；当通过线圈的电流最大时，电流的变化率为零，自感电动势为零，故D错误。 1(互感现象的理解与应用)(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，与之靠近的另一个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现象，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，收音机的“磁性天线”就是利用互感现象制成的D互感现象在电力工程以及电子电路中不会影响电路的正常工作答案ABC解析两个相互靠近的线圈，当一个线圈中的
21、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的现象称为互感现象，之所以会在另一个线圈中产生感应电动势，是因为变化的电流产生变化的磁场，引起另一个线圈中的磁通量发生变化，发生电磁感应现象，A、B正确；收音机的“磁性天线”以及变压器均是利用互感的原理制成的，利用互感现象能够将能量由一个线圈传递到另一个线圈，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，D错误。2(互感现象的理解与应用)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有电流变化时，对另一个线圈中的电流的影响尽量小。则图中两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是()答案D解
22、析D项中，两线圈相互垂直且平分，当一个线圈中电流变化时，产生的变化磁场在另一个线圈中的磁通量始终为零，不会产生互感现象；A、B、C项中，当一个线圈中电流变化时，产生的变化磁场在另一个线圈中的磁通量变化，产生互感现象。故选D。3(自感的防止)在制作精密电阻时，为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象，采取了双线绕法，如图所示，其道理是()A当电路中的电流变化时，两股导线中产生的自感电动势相互抵消B当电路中的电流变化时，两股导线中产生的感应电流相互抵消C当电路中的电流变化时，两股导线中产生的磁通量相互抵消D当电路中的电流变化时，电流的变化量相互抵消答案C解析能否产生感应电动势，关键在于穿过回
23、路的磁通量是否变化。由于导线是双线绕法，两股导线中产生的穿过回路的磁通量相互抵消，无论通过的电流变化与否，磁通量均不变，所以不产生感应电动势和感应电流。故选C。4. (自感电动势与自感电流)如图所示，L为自感系数足够大的线圈，电路稳定时小灯泡可正常发光，以下说法正确的是()A闭合开关S，小灯泡立即变亮B断开开关S，小灯泡立即熄灭C断开开关S，小灯泡缓慢熄灭D断开开关S，小灯泡闪亮一下再慢慢熄灭答案B解析闭合开关S，线圈中电流要增大，会产生自感电动势，阻碍电流的增大，所以小灯泡慢慢变亮，直到正常发光，A错误；当断开开关S的瞬间，线圈产生自感电动势，但是线圈与小灯泡在开关断开后，不能形成回路，则没
24、有自感电流，小灯泡立即熄灭，B正确，C、D错误。5(自感电动势与自感系数)关于自感现象，下列说法正确的是()A感应电流一定和原电流方向相反B感应电流一定和原电流方向相同C对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感系数较大D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答案D解析自感现象中感应电动势的方向遵从楞次定律，当原电流减小时，自感电流与原电流方向相同，当原电流增大时，自感电流与原电流方向相反，故A、B错误；线圈自感系数的大小，由线圈本身决定，与线圈中有无电流以及电流变化的快慢无关，故C错误；由E自L知，对于同一线圈，自感系数L确定，当电流变化较快时，线圈中产生的自感电动势也较
25、大，故D正确。6(断电自感的分析)如图所示，开关S处于闭合状态，小灯泡A和B均正常发光，小灯泡A和线圈L电阻相等，现断开开关S，以下说法正确的是()A小灯泡A会立即熄灭B小灯泡B过一会儿再熄灭C线圈L中的电流会立即消失D线圈L中的电流过一会儿再消失，且方向向右答案D解析S断开后瞬间，小灯泡B立即熄灭，B错误；但由于线圈的电流减小，导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的减小，即线圈L中的电流过一会儿再消失，且方向向右，因L和小灯泡A组成新的回路，原来小灯泡A与线圈L中的电流相等，则A慢慢熄灭，A、C错误，D正确。7. (自感现象的分析)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
26、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，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()答案B解析在t0时刻开关闭合时，线圈由于自感对电流有阻碍作用，可看成电阻，则线圈电阻逐渐减小，并联电路电阻逐渐减小，电压UAB逐渐减小；电路稳定后，由于电阻R的阻值大于灯泡D的阻值，所以D中电流大于L中电流；在tt1时刻断开S时，线圈中的感应电流与原电流方向相同，与R和灯泡D形成回路，灯泡中的电流与原电流方向相反，并由比原电流较小的值逐渐减小到0，故UAB反向并由比原来较小的值逐渐减小到0，故B正确。8(互感现象的理解)如图a，线圈ab、c
27、d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间的电压如图b所示。已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比，则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中，可能正确的是()答案C解析由题图b可知在cd间不同时间段内产生的电压均是恒定的，且绝对值相同，所以在对应时间段内线圈ab中的磁场均是均匀变化的，且变化率的绝对值相同，则线圈ab中的电流均是均匀变化的，且变化率的绝对值相同，故A、B、D错误，C正确。9(自感现象的分析)两个相同的电阻R1、R2和两个相同的灯泡A1、A2与两个线圈L连接成如图甲、乙两电路，在实验过程中灯泡均没有烧毁，线圈的直流电阻很小、自感系数很大。下列说法
28、正确的是()A在甲电路中，S闭合，灯泡A1逐渐变亮，并能稳定发光B在甲电路中，S先闭合，待电路稳定后再断开，灯泡A1立即熄灭C在乙电路中，S闭合，灯泡A2逐渐变亮，直到稳定发光D在乙电路中，S先闭合，待电路稳定后再断开，灯泡A2将闪亮一下，再熄灭答案C解析在甲电路中，S闭合瞬间，由于线圈自感系数很大，电流为零，灯泡A1立刻变亮，通过线圈的电流逐渐增大，由于线圈的直流电阻很小，最后线圈将灯泡A1短路，灯泡熄灭，A错误；在甲电路中，S先闭合，待电路稳定后再断开，由于自感作用，自感线圈中电流逐渐减小，线圈和灯泡A1、电阻R1组成回路，灯泡A1先闪亮一下再逐渐熄灭，B错误；在乙电路中，S闭合瞬间，线圈
29、产生自感电动势，阻碍电流的增大，所以通过灯泡A2的电流逐渐增大，灯泡A2逐渐变亮，直到稳定发光，C正确；在乙电路中，S先闭合，待电路稳定后再断开，线圈产生自感电动势，电路中的电流逐渐减小，所以此瞬间通过灯泡A2的电流不会比开关闭合电路稳定时大，灯泡A2不会闪亮一下再熄灭，D错误。10(自感现象的理解与分析)在生产实际中，有些高压直流电路中含有自感系数很大的线圈，当电路中的开关S由闭合到断开时，线圈会产生很高的自感电动势，使开关S处产生电弧，危及操作人员的人身安全。为了避免电弧的产生，可在线圈处并联一个元件，在如图所示的方案中可行的是()答案B解析当并联电容器时，断开开关电容器也放电，仍不能避免
30、开关S处产生电弧，故A错误；C项中的导线将线圈短路，电路不能正常工作，C错误；当并联二极管时，由于二极管有单向导电性，B项中闭合开关时，二极管截止，线圈正常工作，开关断开时，二极管相当于导线，自感电流通过二极管，S处不会由于自感电动势产生电弧，B正确；D项中的二极管在S闭合时将L短路，故D错误。11. (自感现象的分析)在如图所示的电路中，a、b、c为三盏完全相同的灯泡，L是自感线圈，直流电阻为RL，则下列说法正确的是()A合上开关后，c先亮，a、b后亮B断开开关时，N点电势高于M点C断开开关后，b、c同时熄灭，a缓慢熄灭D断开开关后，c马上熄灭，b闪亮一下后缓慢熄灭答案B解析开关S闭合瞬间，因线圈L的电流增大，产生自感电动势，根据楞次定律可知，自感电动势阻碍电流的增大，通过a灯的电流逐渐增大，所以b、c先亮，a后亮，A错误；断开开关S的瞬间，因线圈L的电流减小，产生自感电动势，根据楞次定律可知通过自感线圈的电流方向与原电流方向相同，N点电势高于M点，B正确；断开开关后，L和a、b组成回路，由于原来a灯的电流小于b灯的电流，开关断开的瞬间，通过a、b和线圈回路的电流从a灯原来的电流大小开始减小，所以b灯不会闪亮一下，a、b一起缓慢熄灭，而c中没有电流，马上熄灭，C、D错误。