第四章 第6節(jié)

1、第6節(jié)互感和自感學(xué)習(xí)目標(biāo)核心提煉1.了解互感現(xiàn)象及互感現(xiàn)象的應(yīng)用。2種現(xiàn)象互感現(xiàn)象和自感現(xiàn)象2個概念自感電動勢、自感系數(shù)2個重點(diǎn)通電、斷電現(xiàn)象的成因2.了解自感現(xiàn)象，認(rèn)識自感電動勢對電路中電流的影響，并能對含線圈的電路進(jìn)行分析。3.了解自感系數(shù)的意義和決定因素。4.知道磁場具有能量。一、互感現(xiàn)象閱讀教材第22頁，了解互感現(xiàn)象的應(yīng)用及危害。1.互感：兩個相互靠近的線圈，當(dāng)一個線圈中的電流變化時，它所產(chǎn)生的變化的磁場會在另一個線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這種現(xiàn)象叫互感。2.應(yīng)用：利用互感現(xiàn)象可以把能量由一個線圈傳遞到另一個線圈，如變壓器就是利用互感現(xiàn)象制成的。3.危害：互感現(xiàn)象能發(fā)生在任何兩個相互靠近的

2、電路之間、電力工程和電子電路中，有時會影響電路的正常工作。思維拓展如圖1是法拉第實驗線圈。在實驗中，兩個線圈并沒有用導(dǎo)線連接。圖1(1)當(dāng)其中一個線圈中有電流時，另一個線圈中是否會產(chǎn)生感應(yīng)電流？(2)當(dāng)一個線圈中的電流變化時，在另一個線圈中為什么會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢呢？提示(1)不一定。當(dāng)線圈中的電流為恒定電流時，在其周圍空間產(chǎn)生的磁場不變，則在另一個線圈中就不會產(chǎn)生感應(yīng)電流。只有當(dāng)線圈中的電流變化時，在其周圍空間產(chǎn)生變化的磁場，此時會在另一個線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流。(2)當(dāng)一個線圈中的電流變化時，穿過兩個線圈的磁通量都會變化，在另一個線圈中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。二、自感現(xiàn)象閱讀教材第2224頁，理解自

3、感現(xiàn)象、自感電動勢及自感系數(shù)的決定因素。1.定義：當(dāng)一個線圈中的電流發(fā)生變化時，它產(chǎn)生的變化的磁場不僅在鄰近的電路中激發(fā)出感應(yīng)電動勢，同樣也在它本身激發(fā)出感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象叫自感。圖22.自感電動勢對電流的作用：電流增加時，自感電動勢阻礙電流的增加；電流減小時，自感電動勢阻礙電流的減小。實驗1：演示通電自感現(xiàn)象實驗電路如圖2所示，開關(guān)S接通時，可以看到燈泡2立即發(fā)光，而燈泡1是逐漸亮起來的。實驗2：演示斷電自感現(xiàn)象。圖3實驗電路如圖3所示，線圈L的電阻比燈泡的電阻小，接通電路，燈泡正常發(fā)光后，迅速斷開開關(guān)S，可以看到燈泡閃亮一下再逐漸熄滅。3.自感系數(shù)(1)自感電動勢的大?。篍L，式中L是比例系

4、數(shù)，叫作自感系數(shù)，簡稱自感或電感。(2)決定因素：線圈的大小、形狀、圈數(shù)以及是否有鐵芯等。(3)單位：亨利，簡稱亨，符號是H。常用單位還有毫亨(mH)、微亨(H)。1 H103 mH106 H。思考判斷(1)自感現(xiàn)象中，感應(yīng)電流方向一定和原電流方向相反。(×)(2)線圈中產(chǎn)生的自感電動勢較大時，其自感系數(shù)一定較大。(×)(3)對于同一線圈，當(dāng)電流變化較快時，線圈中的自感電動勢較大。()(4)一個線圈中的電流均勻增大，自感電動勢也均勻增大。(×)三、磁場的能量閱讀教材第24頁，了解磁場中的能量與自感現(xiàn)象的關(guān)系。1.自感現(xiàn)象中的磁場能量(1)線圈中電流從無到有時：磁場

5、從無到有，電源的能量輸送給磁場，儲存在磁場中。(2)線圈中電流減小時：磁場中的能量釋放出來轉(zhuǎn)化為電能。2.電的“慣性”：自感電動勢有阻礙線圈中電流變化的“慣性”。預(yù)習(xí)完成后，請把你疑惑的問題記錄在下面的表格中問題1問題2對互感現(xiàn)象的理解要點(diǎn)歸納1.互感現(xiàn)象是一種常見的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，它不僅發(fā)生于繞在同一鐵芯上的兩個線圈之間，而且可以發(fā)生于任何相互靠近的電路之間。2.互感現(xiàn)象可以把能量由一個電路傳到另一個電路。變壓器就是利用互感現(xiàn)象制成的。3.在電力工程和電子電路中，互感現(xiàn)象有時會影響電路的正常工作，這時要求設(shè)法減小電路間的互感。精典示例例1 (多選)如圖4所示是一種延時裝置的原理圖，當(dāng)S1閉合時

6、，電磁鐵F將銜鐵D吸下，C線路接通，當(dāng)S1斷開時，由于電磁感應(yīng)作用，D將延遲一段時間才被釋放。則()圖4A.由于A線圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時釋放D的作用B.由于B線圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時釋放D的作用C.如果斷開B線圈的開關(guān)S2，無延時作用D.如果斷開B線圈的開關(guān)S2，延時將變化解析線圈A中的磁場隨開關(guān)S1的閉合而產(chǎn)生，隨S1的斷開而消失。當(dāng)S1閉合時，線圈A中的磁場穿過線圈B，當(dāng)S2閉合，S1斷開時，線圈A在線圈B中的磁場變?nèi)?，線圈B中有感應(yīng)電流，B中電流的磁場繼續(xù)吸引D而起到延時的作用，所以選項B正確，A錯誤；若S2斷開，線圈B中不產(chǎn)生感應(yīng)電流而起不到延時作用，所以選項C正確，D錯

7、誤。答案BC針對訓(xùn)練1 在同一鐵芯上繞著兩個線圈，單刀雙擲開關(guān)原來接在點(diǎn)“1”，現(xiàn)把它從“1”扳向“2”，如圖5所示，試判斷在此過程中，在電阻R上的電流方向是()圖5A.先由PQ，再由QPB.先由QP，再由PQC.始終由QPD.始終由PQ解析S從“1”扳開瞬間，B中磁通量減小，由楞次定律得電流QP；接觸“2”的瞬間，B中磁通量增加，產(chǎn)生電流QP，故選項C正確。答案C對自感現(xiàn)象的理解要點(diǎn)歸納1.自感現(xiàn)象的特點(diǎn)(1)自感現(xiàn)象是由于通過導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。(2)自感電動勢的作用：總是阻礙導(dǎo)體中原電流的變化，即總是起著推遲電流變化的作用。(3)自感電動勢的方向：自感電動勢總是阻

8、礙導(dǎo)體中原來電流的變化，當(dāng)原來電流增大時，自感電動勢與原來電流方向相反；當(dāng)原來電流減小時，自感電動勢與原來電流方向相同，同樣遵循“增反減同”的規(guī)律。2.通電自感與斷電自感比較與線圈串聯(lián)的燈泡與線圈并聯(lián)的燈泡電路圖通電時電流逐漸增大，燈泡逐漸變亮電流立刻變大，燈泡變亮，然后逐漸變暗斷電時電流逐漸減小燈泡逐漸變暗電流方向不變電路中穩(wěn)態(tài)電流為I1、I2若I2I1，燈泡逐漸變暗若I2I1，燈泡閃亮后逐漸變暗兩種情況燈泡中電流方向均改變精典示例例2 (多選)如圖6所示的電路中，A、B為兩個完全相同的燈泡，L是自感系數(shù)很大的線圈，其電阻與R相等，下列說法正確的是()圖6A.在斷開S2的情況下，若突然閉合S

9、1時，A、B燈均逐漸亮起來B.在斷開S2的情況下，若突然閉合S1時，A燈立即發(fā)光，B燈逐漸亮起來C.閉合S1、S2待電路穩(wěn)定后，若突然斷開S1，則A、B燈均不會立即熄滅D.閉合S1、S2待電路穩(wěn)定后，若突然斷開S1，則A燈不會立即熄滅，而B燈立即熄滅解析在斷開S2的情況下，若突然閉合S1時，由于線圈的自感現(xiàn)象，出現(xiàn)自感電動勢阻礙電流的增大，則A燈立即亮，B燈逐漸亮，A錯誤，B正確；當(dāng)同時閉合S1、S2，待電路穩(wěn)定后突然將S1斷開，B燈立即熄滅，因自感現(xiàn)象，L與A組成回路，A燈不會立即熄滅，而是逐漸熄滅，故選項C錯誤，D正確。答案BD自感線圈對電流的變化有阻礙作用，具體表現(xiàn)為(1)通電瞬間自感線

10、圈處相當(dāng)于斷路。(2)斷電時，自感線圈相當(dāng)于電源，其電流由原值逐漸減小，不會發(fā)生突變(必須有閉合回路)。(3)電流穩(wěn)定時自感線圈相當(dāng)于導(dǎo)體，若其直流電阻忽略不計，則相當(dāng)于導(dǎo)線。 針對訓(xùn)練2 如圖7所示的電路中，S閉合且穩(wěn)定后流過電感線圈的電流是2 A，流過燈泡的電流是1 A，現(xiàn)將開關(guān)S突然斷開，S斷開前后，能正確反映流過燈泡的電流i隨時間t變化關(guān)系的圖象是()圖7解析開關(guān)S斷開前，通過燈泡D的電流是穩(wěn)定的，其值為1 A。開關(guān)S斷開瞬間，自感線圈的支路由于自感現(xiàn)象會產(chǎn)生與線圈中原電流方向相同的感應(yīng)電動勢，使線圈中的電流從原來的2 A逐漸減小，方向不變，且同燈泡D構(gòu)成回路，通過燈泡D的電流和線圈L

11、中的電流相同，也應(yīng)該是從2 A逐漸減小到零，但是方向與原來通過燈泡D的電流方向相反，選項D正確。答案D1.(自感電動勢的理解)關(guān)于線圈中自感電動勢大小的說法正確的是()A.電感一定時，電流變化越大，自感電動勢越大B.電感一定時，電流變化越快，自感電動勢越大C.通過線圈的電流為零的瞬間，自感電動勢為零D.通過線圈的電流為最大值的瞬間，自感電動勢最大解析電感一定時，電流變化越快，越大，由EL知，自感電動勢越大，選項A錯誤，B正確；線圈中電流為零時，電流的變化率不一定為零，自感電動勢不一定為零，選項C錯誤；當(dāng)通過線圈的電流最大時，電流的變化率為零，自感電動勢為零，選項D錯誤。答案B2.(兩種自感現(xiàn)象

12、)如圖8甲和乙是教材中演示自感現(xiàn)象的兩個電路圖，L1和L2為電感線圈。實驗時，斷開開關(guān)S1瞬間，燈A1突然閃亮，隨后逐漸變暗；閉合開關(guān)S2，燈A2逐漸變亮，而另一個相同的燈A3立即變亮，最終A2與A3的亮度相同。下列說法正確的是()圖8A.圖甲中，A1與L1的電阻值相同B.圖甲中，閉合S1，電路穩(wěn)定后，A1中電流大于L1中電流C.圖乙中，變阻器R與L2的電阻值相同D.圖乙中，閉合S2瞬間，L2中電流與變阻器R中電流相等解析圖甲中，開關(guān)S1斷開瞬間，燈A1突然閃亮，隨后逐漸變暗，說明電路閉合穩(wěn)定時IL1IA1，故RL1RA1，選項A、B錯誤；圖乙中，電路穩(wěn)定后A2與A3的亮度相同，說明兩支路電流

13、相等，故RRL2，選項C正確；閉合S2瞬間，L2對電流的變化起阻礙作用，L2所在支路的電流小于滑動變阻器所在支路的電流，選項D錯誤。答案C3.(兩種自感現(xiàn)象)(多選)如圖9所示的電路中，A1和A2是完全相同的燈泡，線圈L的電阻可以忽略不計，下列說法正確的是()圖9A.合上開關(guān)S接通電路時，A2先亮A1后亮，最后一樣亮B.合上開關(guān)S接通電路時，A1和A2始終一樣亮C.斷開開關(guān)S切斷電路時，A2立即熄滅，A1過一會熄滅D.斷開開關(guān)S切斷電路時，A1和A2都要過一會才熄滅解析S閉合接通電路時，A2支路中的電流立即達(dá)到最大，A2先亮；由于線圈的自感作用，A1支路電流增加的慢，A1后亮。A1中的電流穩(wěn)定

14、后，線圈的阻礙作用消失，A1與A2并聯(lián)，亮度一樣，選項A正確，B錯誤；S斷開時，L和A1，A2組成串聯(lián)的閉合回路，A1和A2亮度一樣，由于L中產(chǎn)生自感電動勢阻礙L中原電流的消失，使A1和A2過一會才熄滅，故選項C錯誤，D正確。答案AD4.(自感的圖象分析)如圖10中L是繞在鐵芯上的線圈，它與電阻R、R0、開關(guān)S1、S2和電池E構(gòu)成閉合回路，開關(guān)S1和S2開始都處在斷開狀態(tài)。設(shè)在t0時刻，接通開關(guān)S1，經(jīng)過一段時間，在tt1時刻，再接通開關(guān)S2，則能較準(zhǔn)確表示電阻R兩端的電勢差Uab隨時間t變化的圖線的是()圖10解析在t0時刻，接通開關(guān)S1，由于通電自感現(xiàn)象，電阻R的電流逐漸增大，故Uab隨時

15、間t逐漸增大，在tt1時刻，再接通開關(guān)S2，則線圈與R構(gòu)成的部分電路被短路，但由于線圈的斷電自感，該部分電路的電流要逐漸減小，故Uab隨時間t逐漸減小，由楞次定律可知電勢差方向不變，A正確。答案A基礎(chǔ)過關(guān)1.(多選)關(guān)于互感現(xiàn)象，下列說法正確的是()A.兩個線圈之間必須有導(dǎo)線相連，才能產(chǎn)生互感現(xiàn)象B.互感現(xiàn)象可以把能量從一個線圈傳到另一個線圈C.互感現(xiàn)象都是有益的D.變壓器是利用互感現(xiàn)象制成的解析兩個線圈之間沒有導(dǎo)線相連，也能產(chǎn)生互感現(xiàn)象，選項A錯誤；互感現(xiàn)象可以把能量從一個線圈傳到另一個線圈，選項B正確；互感現(xiàn)象不都是有益的，有時會影響電路的正常工作，選項C錯誤；變壓器是利用互感現(xiàn)象制成的，

16、選項D正確。答案BD2.關(guān)于線圈的自感系數(shù)，下列說法正確的是()A.線圈的自感系數(shù)越大，自感電動勢就一定越大B.線圈中電流等于零時，自感系數(shù)也等于零C.線圈中電流變化越快，自感系數(shù)越大D.線圈的自感系數(shù)由線圈本身的因素及有無鐵芯決定解析線圈的自感系數(shù)是由線圈本身的因素及有無鐵芯決定的，與有無電流、電流變化情況都沒有關(guān)系，故選項B、C錯誤，D正確；自感電動勢的大小除了與自感系數(shù)有關(guān)，還與電流的變化率有關(guān)，故選項A錯誤。答案D3.在無線電儀器中，常需要在距離較近處安裝兩個線圈，并要求當(dāng)一個線圈中電流有變化時，對另一個線圈中電流的影響盡量小。如圖所示兩個線圈的相對安裝位置最符合該要求的是()解析兩個

17、相距較近的線圈，當(dāng)其中的一個線圈中電流發(fā)生變化時，就在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場。這個變化的磁場會在另一個線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，即發(fā)生互感現(xiàn)象。要使這種影響盡量小，應(yīng)采用選項D所示的安裝位置才符合要求。因為通電線圈周圍的磁場分布與條形磁鐵的磁場分布類似，采用選項D所示的安裝位置時，變化的磁場穿過另一線圈的磁通量最小。答案D4.一個線圈中的電流均勻增大，這個線圈的()A.磁通量均勻增大B.自感系數(shù)均勻增大C.自感系數(shù)、自感電動勢都均勻增大D.自感系數(shù)、自感電動勢、磁通量都不變解析線圈中電流均勻增大時，磁通量均勻增大，自感電動勢不變，自感系數(shù)不變，選項A正確。答案A5.在制作精密電阻時，為了消除使用過

18、程中由于電流變化而引起的自感現(xiàn)象，采用雙線并繞的方法，如圖1所示。其道理是()圖1A.當(dāng)電路中的電流變化時，兩股導(dǎo)線產(chǎn)生的自感電動勢相互抵消B.當(dāng)電路中的電流變化時，兩股導(dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)電流相互抵消C.當(dāng)電路中的電流變化時，兩股導(dǎo)線中原電流的磁通量互相抵消D.以上說法都不對解析由于采用雙線并繞的方法，當(dāng)電流通過時，兩股導(dǎo)線中的電流方向是相反的，不管電流怎樣變化，任何時刻兩股電流總是等大反向的，所產(chǎn)生的磁通量也是等大反向的，故總磁通量等于零，在該線圈中不會產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，因此消除了自感，選項A、B錯誤，C正確。答案C6.(多選)如圖2所示的電路中，線圈L的自感系數(shù)足夠大，其直流電阻忽略不計，A、

19、B是兩個相同的燈泡，下列說法正確的是()圖2A.S閉合后，A、B同時發(fā)光且亮度不變B.S閉合后，A立即發(fā)光，然后又逐漸熄滅C.S斷開的瞬間，A、B同時熄滅D.S斷開的瞬間，A再次發(fā)光，然后又逐漸熄滅解析線圈對變化的電流有阻礙作用，開關(guān)接通時，A、B串聯(lián)，同時發(fā)光，但電流穩(wěn)定后線圈的直流電阻忽略不計，使A被短路，所以選項A錯誤，B正確；開關(guān)斷開時，線圈產(chǎn)生自感電動勢，與A構(gòu)成回路，A再次發(fā)光，然后又逐漸熄滅，所以選項C錯誤，D正確。答案BD7.如圖3所示，兩個電阻阻值均為R，電感線圈L的電阻及電池內(nèi)阻均可忽略不計，S原來斷開，電路中電流I0?，F(xiàn)將S閉合，于是電路中產(chǎn)生了自感電動勢，此自感電動勢的

20、作用是()圖3A.使電路的電流減小，最后由I0減小到零B.有阻礙電流增大的作用，最后電流小于I0C.有阻礙電流增大的作用，因而電流總保持不變D.有阻礙電流增大的作用，但電流最后還是變?yōu)?I0解析S閉合，電路中電阻減小，電流增大，線圈產(chǎn)生的自感電動勢的作用是阻礙原電流的增大，選項A錯誤；阻礙電流增大，不是不讓電流增大，而是讓電流增大的速度變慢，選項B、C錯誤；最后達(dá)到穩(wěn)定時，電路中電流I2I0，故選項D正確。答案D能力提升8.(多選)如圖4所示，電池的電動勢為E，內(nèi)阻不計，線圈自感系數(shù)較大，直流電阻不計，當(dāng)開關(guān)S閉合后，下列說法正確的是()圖4A.a、b間電壓逐漸增加，最后等于EB.b、c間電壓

21、逐漸增加，最后等于EC.a、c間電壓逐漸增加，最后等于ED.電路中電流逐漸增加，最后等于解析由于線圈的自感作用，開關(guān)閉合的瞬間，自感的阻礙作用非常大，電路中的電流從零逐漸增加直到穩(wěn)定，大小為；所以開始時a、b間的電壓等于E，然后逐漸減小到零；開始時R上的電壓為零，然后逐漸增加直到等于E。答案BD9.如圖5所示電路中，當(dāng)電鍵S斷開瞬間()圖5A.流經(jīng)R2的電流方向向右，流經(jīng)L的電流方向向左B.流經(jīng)R2的電流方向向左，流經(jīng)L的電流方向向右C.流經(jīng)R2和L的電流方向都向右D.流經(jīng)R2和L的電流方向都向左解析電鍵S斷開瞬間，線圈內(nèi)產(chǎn)生自感電動勢，相當(dāng)于電源，與R2、構(gòu)成回路，且流經(jīng)線圈的電流只能從原值

22、開始緩慢減小，故只有A項正確。答案A10.(多選)如圖6所示，電阻R13 ，R26 ，線圈的電阻不計，電源電動勢E5 V，內(nèi)阻r1 。開始時，開關(guān)S閉合，則()圖6A.斷開S前，電容器所帶電荷量為零B.斷開S前，電容器兩板間的電壓為 VC.斷開S的瞬間，電容器a板帶上正電D.斷開S的瞬間，電容器b板帶上正電解析斷開開關(guān)前，電容器兩端的電壓等于線圈兩端的電壓，線圈沒有電阻，線圈兩端電壓為零，所以電容器的兩板間電壓為零，所帶的電荷量為零，選項A正確，B錯誤；斷開開關(guān)，線圈相當(dāng)于電源給電容器充電，使a板帶正電，b板帶負(fù)電，選項C正確，D錯誤。答案AC11.在如圖7所示的電路中電源內(nèi)阻不能忽略，兩個相同的小燈泡L1和L2分別串聯(lián)一個帶鐵芯的電感線圈L和一個滑動變阻器R。閉合開關(guān)S后，調(diào)整R，使L1和L2發(fā)光的亮度一樣，此時流過兩個燈泡的電流均為I。然后，斷開S。若t時刻再閉合S，則在t前后的一小段時間內(nèi)，正確反映流過L1的電流i1、流過L2的電流i2隨時間t變化的圖象是()圖7解析閉合開關(guān)S后，調(diào)整R，使兩個燈泡L1、L2發(fā)光的亮度一樣，電流為I，說明RLR。若t時刻再閉合S，流過電感線圈L和燈泡L1的電