2022-2023學(xué)年人教版選擇性必修第二冊 第二章互感和自感

4.互感和自感

【課程標準】

1.通過實驗，了解自感現(xiàn)象。

2.能舉例說明自感現(xiàn)象在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。

【素養(yǎng)目標】

1.通過互感、自感及自感電動勢等概念的提出，體會物理概念的產(chǎn)

生過程。（物理觀念）

2.認識互感和自感是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩種現(xiàn)象，感悟特殊現(xiàn)象中有

它的普遍規(guī)律。（科學(xué)思維）

3.知道自感電動勢大小受到哪些因素影響。（科學(xué)探究）

》基礎(chǔ)認知?自主學(xué)習

一、互感現(xiàn)象

1.定義:兩個相2.互感電動勢：互感現(xiàn)象中產(chǎn)

互靠近的線圈,生的電動勢.

當一個線圈中

電流變化時.

3.應(yīng)用：傳遞能量,例如變壓器.

它所產(chǎn)生變化收音機的“磁性天線”O(jiān)

的磁場會在另

一個線圈中產(chǎn)

4.危害：影響電力工程中電

生感應(yīng)電動勢

路和電子電路的正常工作。

的現(xiàn)象。

二、自感現(xiàn)象

李輝&忌劉偉

IW劉偉為什么會有電

擊的感覺？

1.自感現(xiàn)象：一個線圈中的電流變化時，它所產(chǎn)生的變化的磁場使

它本身激發(fā)出感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象，產(chǎn)生的電動勢叫作目感電動勢。

2.通電自感和斷電自感：

項目電路現(xiàn)象自感電動勢的作用

LAi

接通電源的瞬間，燈泡Ai

通電自感圓s電流的增加

較慢地亮起來

-I|-C=)

°R

A

——6d——斷開開關(guān)的瞬間，燈泡

__L_A

斷電自感逐漸變暗。有時燈泡A會膽礙電流的減小

閃亮一下，然后逐漸變暗

'1s

3.自感系數(shù)：

⑴自感電動勢的大?。篍"需，其中L是線圈的自感系數(shù)，簡稱自

感或電感。

⑵單位：身利，符號：旦。常用的還有毫亨(mH)和微亨(叩)。換算關(guān)

系是：lH=10PmH=^Ho

⑶決定線圈自感系數(shù)大小的因素：線圈的大小、形狀、圈數(shù)以及是

否有鐵芯等。

三、自感現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化

1.自感現(xiàn)象中的磁場能量：

⑴線圈中電流從無到有時，磁場從無到有，電源的能量輸送給磁場,

儲存在磁場中。

⑵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里流變化的“慣性”。

情境實踐

1.日光燈的鎮(zhèn)流器，是利用什么原理來產(chǎn)生啟動時所需要的高電壓

的？

提示：自感現(xiàn)象。

2.如圖所示為變壓器，它是利用什么原理制成的？

提示：互感現(xiàn)象。

Z質(zhì)疑批判

學(xué)習互感和自感后，判斷以下說法。

①感應(yīng)電流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的其自感系數(shù)一定較大。

③對于同一線圈，當電流變化越大時，線圈中產(chǎn)生的自感電動勢也越

大。

④自感電動勢總是阻礙原來電流的變化。

⑤自感系數(shù)的大小與感應(yīng)電流變化的快慢有關(guān)。

⑥電的“慣性”大小取決于線圈的自感系數(shù)。

⑦有時自感電動勢會大于原來電路中的電源電動勢。

以上說法正確的有④⑥⑦。

.能力形成?合作探究《

任務(wù)一、互感現(xiàn)象

期情境探究

這是兩個大小不同的線圈A和B,兩個線圈A、B之間并沒有導(dǎo)線相

連，小線圈可以套入大線圈?，F(xiàn)在讓小線圈A與手機的音頻輸出端

連接,大線圈B與擴音器的輸入端連接，如圖所示。實驗時,先打

開手機的音樂，再把A線圈插入B線圈，兩組線圈之間沒有導(dǎo)線直

接連接，卻能在擴音器上聽到手機播放的音樂。

探究1:什么是音頻信號？

提示：手機輸出的音頻信號，是一種電流信號，它的強度和頻率都在

變化?？梢哉J為是一種變化的電流。

探究2:為什么能在擴音器上聽見由手機輸出的音樂？

提示：當音頻信號流經(jīng)A線圈時，A線圈中就產(chǎn)生了變化的磁場，

變化的磁場使B線圈的磁通量發(fā)生變化，從而在B線圈中產(chǎn)生感應(yīng)

電流，這個電流讓擴音器發(fā)出音樂。

能力形成

互感的應(yīng)用

利用互感現(xiàn)象可以把電能從一個電路傳遞到另一個電路，因此它在電

學(xué)技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。主要有以下幾個方面：

⑴變壓器。它們的結(jié)構(gòu)是這個樣子，它有兩個線圈套在同一個鐵芯

上，向其中一個線圈通入變化的電流時，在另一個線圈中就會產(chǎn)生感

應(yīng)電動勢，對外供電。電能從一個線圈傳到了另一個線圈。

二

⑵收音機。收音機中的磁性天線也是利用互感現(xiàn)象。把廣播電臺的

信號從一個線圈傳遞到另一個線圈的。

（3）無線充電。

口典題引導(dǎo)

【典例1］（多選）（2022.廣州高二檢測）圖甲為手機無線充電實物圖。

當我們把手機放在圖中“圓盤”上時，只要給圓盤接上電源，就可以給

手機充電了。如圖乙所示，“圓盤”內(nèi)部有一個發(fā)射線圈，給發(fā)射線圈

接入電源，就能在手機內(nèi)部的接收線圈中產(chǎn)生合適的電壓給手機電池

充電，從而實現(xiàn)無線充電。下列說法正確的是（）

接收

中充電插圈求x-一、）電交磁變場

■接收發(fā)?寸褊受”

ik充電設(shè)備63高?

手機無線充電手機無線充電示意圖

甲乙

A.發(fā)射線圈接入直流電源，接收線圈將產(chǎn)生恒定的電流

B.發(fā)射線圈接入均勻變化的電源，接收線圈將產(chǎn)生大小恒定的電流

C.發(fā)射線圈的電流變化越大，接收線圈中感應(yīng)電動勢越大

D.發(fā)射線圈的電流變化率越大，接收線圈中感應(yīng)電動勢越大

【解題探究】

⑴發(fā)生互感時，發(fā)射線圈的電流是恒定的電流還是變化的電流？

提示：變化的電流。

⑵互感電動勢的大小與電流的關(guān)系是什么？

提示：電流變化越快，感應(yīng)電動勢越大。

【解析】選B、Do發(fā)射線圈接入直流電源，周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，

接收線圈磁通量不發(fā)生變化，故不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，故A錯誤；發(fā)

射線圈接入均勻變化的電源，周圍產(chǎn)生均勻變化的磁場，接收線圈磁

通量均勻變化，接收線圈將產(chǎn)生大小恒定的電流，故B正確；發(fā)射

線圈的電流變化越快即變化率越大，接收線圈磁通量變化率越大，由

E=n等可知，接收線圈中感應(yīng)電動勢越大，故C錯誤，D正確。

〈，對點訓(xùn)練"

無線充電技術(shù)能實現(xiàn)能量的無線傳輸，如圖是無線充電設(shè)備給手機充

電。下列關(guān)于無線充電的說法正確的是（）

A.充電的原理主要利用了自感

B.充電設(shè)備與手機不接觸也能充電

C.充電設(shè)備與手機的充電電流一定相等

D.充電設(shè)備中的線圈通恒定電流也可以對手機無線充電

【解析】選B。充電的原理主要利用了電磁感應(yīng)的互感原理，所以A

錯誤；充電的原理主要利用了電磁感應(yīng)的互感原理，所以充電設(shè)備與

手機不接觸也能充電，則B正確；充電設(shè)備與手機的充電電流不一

定相等，就像變壓器工作原理一樣，原副線圈匝數(shù)不一樣，所以C

錯誤；充電設(shè)備中的線圈通恒定電流，其產(chǎn)生的磁場是恒定的，不能

使手機產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以D錯誤。

【拔高題組】

1.（2021.嘉興高二檢測）某同學(xué)設(shè)計了如圖所示的點火裝置。在一個

用許多薄硅鋼片疊合而成的直條形鐵芯上套有兩個彼此絕緣且靠近

的線圈A和B,調(diào)節(jié)觸點K與帶有鐵頭的彈簧片P恰好接觸，合上

開關(guān)S后，就能在火花塞的兩電極M、N之間產(chǎn)生火花。關(guān)于該設(shè)

計方案，下列說法正確的是（）

A.不可行，因為電源是直流電源

B.不可行，因為兩個線圈的磁通量沒有變化

C.可行，且A的匝數(shù)比B多時，點火效果更好

D.可行，且M、N做成針狀時，點火效果更好

【解析】選D。當開關(guān)閉合時，線圈B的磁通量發(fā)生變化，有感應(yīng)電

動勢產(chǎn)生，會在火花塞的兩電極M、N之間產(chǎn)生火花，A、B錯誤；

根據(jù)我二言可知，當A線圈的匝數(shù)與B線圈的匝數(shù)比值越大時，點

火效果更好，C錯誤；火花放電和尖端放電可以交集，尖端放電可以

使點火效果更好，D正確。

2.如圖所示，手機無線充電是通過分別安裝在充電基座上的送電線

圈和手機上的受電線圈，利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象傳遞能量。當手機充電時

（）

B

A.送電線圈產(chǎn)生恒定磁場

B.充電裝置將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能

C.送電線圈中的電流是變化的

D.基座與手機間無需導(dǎo)線連接，沒有能量損失

【解析】選Co由于送電線圈中通入正弦式交變電流，所以送電線圈

中產(chǎn)生變化的磁場，A錯誤，C正確；充電裝置將電能轉(zhuǎn)化為電池

的化學(xué)能，B錯誤；無線充電器的優(yōu)點之一是不用傳統(tǒng)的充電線連

接到需要充電的終端設(shè)備上，但充電過程中仍有能量損失，D錯誤。

任務(wù)二、自感現(xiàn)象

情境探究

圖1通電自感圖2斷電自感

情境1：如圖1所示為演示通電自感的電路。兩個燈泡Ai、A2規(guī)格

相同，實驗前先閉合開關(guān)S,調(diào)節(jié)電阻R，使兩個燈的亮度相同，再

調(diào)節(jié)可變電阻R,使它們都正常發(fā)光，然后斷開開關(guān)So進行實驗并

思考以下問題：

情境2墳口圖2所示為演示斷電自感的電路，先閉合開關(guān)使燈泡發(fā)光,

然后斷開開關(guān)。通過實驗思考回答以下問題：

探究1：情境1中，重新接通電路。在閉合開關(guān)時，觀察到兩個燈泡

的發(fā)光情況是怎樣的？發(fā)生這種現(xiàn)象的原因是什么？

提示：兩燈泡的發(fā)光情況是A2正常發(fā)光，Ai比A2亮得晚，電路接通

時，電流由零開始增加，穿過L的磁通量隨之增加，在L中產(chǎn)生自

感電動勢阻礙磁通量（電流）的增加，推遲了電流達到正常值的時間，

所以Ai比A2靈得晚。

探究2:情境1中，感應(yīng)電流的方向與原電流的方向有什么關(guān)系？產(chǎn)

生的感應(yīng)電動勢在電路中起什么作用？

提示：感應(yīng)電流的方向與原電流的方向相反，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢在電

路中起阻礙電流增加的作用。

探究3:情境2中，為什么燈泡A不會立即熄滅？

提示：開關(guān)斷開時，A中由電源提供的電流瞬間變?yōu)榱?，而通過線圈

L的電流減小，線圈中會產(chǎn)生自感電動勢，且線圈L與燈泡A構(gòu)成

閉合回路，線圈L對A進行供電，所以燈泡A不會立即熄滅。

探究4情境2中,L中感應(yīng)電流的方向與原電流的方向有什么關(guān)系？

產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢在電路中起什么作用？

提示：L中感應(yīng)電流的方向與原電流的方向相同，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢

在電路中起阻礙電流減小的作用。

探究5:情境2中，開關(guān)斷開后，通過燈泡的感應(yīng)電流與原來通過它

的電流方向有什么關(guān)系？

提示：原來通過A燈的電流方向從左向右，開關(guān)斷開后，通過燈泡

的感應(yīng)電流從右向左，所以通過燈泡的感應(yīng)電流與原來通過它的電流

方向相反。

能力形成

通電自感與斷電自感比較

項目與線圈串聯(lián)的燈泡與線圈并聯(lián)的燈泡

電路圖

t

------[ZZ]——?—h

電流立刻變大，燈泡變亮，然后逐漸變

通電時電流逐漸增大，燈泡逐漸變亮

暗

電路中穩(wěn)態(tài)電流為11、12

電流逐漸減小

①若12<11,燈泡逐漸變暗

斷電時燈泡逐漸變暗

②若b>L,燈泡閃亮后逐漸變暗

電流方1可不變

兩種情況燈泡中電流月向均改變

口典題引導(dǎo)

【典例2】如圖所示電路中，L是一電阻可忽略不計的電感線圈，a、

b為.L的左、—右兩端點/A,B,￡為完全相同的三個燈泡〃原來開

關(guān)K是閉合的，三個燈泡均在發(fā)光。某時刻將開關(guān)K斷開，則下列

說法正確的是（）

A.a點電勢高于b點，A燈閃亮后緩慢熄滅

B.b點電勢高于a點，B、C燈閃亮后緩慢熄滅

C.a點電勢高于b點，B、C燈閃亮后緩慢熄滅

D.b點電勢高于a點，B、C燈不會閃亮只是緩慢熄滅

【思維導(dǎo)引】

程序內(nèi)容

L是一電阻可忽略不計的電感線圈，a、b為L的左、右兩端點，A、

提取信息B、C為完全相同的三個燈泡，原來開關(guān)K是閉合的，三個燈泡均

在發(fā)光

轉(zhuǎn)化情境斷電自感

選擇規(guī)律歐姆定律

【解析】選B。開關(guān)K閉合穩(wěn)定時，電感線圈支路的總電阻較B、C

燈支路電阻小，故流過A燈的電流L大于流過B、C燈的電流12,且

電流方向由a到b,a點電勢高于b點。當開關(guān)K斷開，電感線圈會

產(chǎn)生自感現(xiàn)象，相當于電源，b點電勢高于a點，阻礙流過A燈電流

的減小，瞬間流過B、C燈支路的電流比原來的大，故B、C燈閃亮

后再緩慢熄滅，故B正確。

規(guī)律方法斷電自感中，燈泡是否閃亮的判斷技巧

⑴通過燈泡的自感電流大于原電流時，燈泡閃亮。

⑵通過燈泡的自感電流小于等于原電流時，燈泡不會閃亮。

對點訓(xùn)練

1,下列關(guān)于自感現(xiàn)象的論述中，正確的是（）

A.線圈的自感系數(shù)跟線圈內(nèi)電流的變化率成正比

B.當線圈中電流減弱時，自感電流的方向與原電流方向相反

C.當線圈中電流增大時，自感電流的方向與原電流方向相反

D.穿過線圈的磁通量的變化和線圈中電流的變化無關(guān)

【解析】選C。線圈的自感系數(shù)由線圈自身的性質(zhì)決定，與是否有電

流及電流的變化率無關(guān)，A錯；自感電流的方向總是阻礙原電流的變

化，當原電流減弱時，自感電流與其同向，B錯；當線圈中電流增大

時，自感電流的方向與原電流方向相反，起阻礙原電流變化的作用，

C對；線圈中電流的變化導(dǎo)致穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，D錯。

2.在如圖所示的電路中，a、b為兩個完全相同的燈泡，L為電阻可

忽略不計的自感線圈，E為電源，S為開關(guān)。關(guān)于兩燈泡點亮和熄滅

的先后次序，下列說法正確的是（）

^0-----

-EI'——S——

A.合上開關(guān)，a先亮，b后亮；斷開開關(guān)，a、b同時熄滅

B.合上開關(guān)，b先亮，a后亮；斷開開關(guān)，a先熄滅，b后熄滅

C.合上開關(guān)，b先亮，a后亮；斷開開關(guān)，a、b同時熄滅

D.合上開關(guān),a、b同時亮；斷開開關(guān)，b先熄滅，a后熄滅

【解析】選C。由于L是自感線圈，當合上S時,自感線圈L將產(chǎn)

生自感電動勢，阻礙電流的增加，故有b燈先亮，a燈后亮；當S斷

開時，L、a、b組成回路，L產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流的減弱，由此

可知，a、b同時熄滅，C正確。

【拔高題組】

1.在如圖甲所示的電路中，L為一個自感系數(shù)很大、直流電阻不計

的線圈，Di.D2是兩個完全相同的燈泡，E是一內(nèi)阻不計的電源。t

=0時刻，閉合開關(guān)S，經(jīng)過一段時間后，電路達到穩(wěn)定，ti時刻斷

開開關(guān)SoL、L分別表示通過燈泡D.和D2的電流，規(guī)定圖中箭頭

所示的方向為電流正方向，圖乙中能定性描述電流I隨時間t變化關(guān)

系的是（）

【解析】選A。當S閉合時，D、D?同時亮且通過的電流大小相等,

但由于L的自感作用，D,被短路，I.逐漸減小到零，L逐漸增大至穩(wěn)

定；當S再斷開時，D?馬上熄滅，口與L組成回路，由于L的自感

作用，D慢慢熄滅，電流反向且減??；綜上所述知A正確。

2.如圖所示，A、B、C是三個完全相同的燈泡，L是一個自感系數(shù)

較大的線圈（直流電阻可忽略不計）。則（）

Ex-

S

L—I

A.S閉合時，A燈立即亮，然后逐漸熄滅

B.S閉合時，B燈立即亮，然后逐漸熄滅

C.電路接通穩(wěn)定后，三個燈亮度相同

D.電路接通穩(wěn)定后，S斷開時，C燈立即熄滅

【解析】選Ao因線圈L的自感現(xiàn)象，S閉合時，A燈立即亮，電路

中電流穩(wěn)定后A燈逐漸熄滅，A正確；S閉合時，B燈先不太亮，然

后靈，B錯誤；電路接通穩(wěn)定后，B、C燈靈度相同,A燈不靈,C

錯誤；電路接通穩(wěn)定后，S斷開時，C燈逐漸熄滅，D錯誤。

【拓展例題】考查內(nèi)容：日光燈

【典例】（多選）如圖所示是日光燈的電路圖，日光燈主要由燈管、鎮(zhèn)

流器、啟動器組成。關(guān)于日光燈的原理，下列說法正確的是（）

A.日光燈啟動瞬間，利用了鎮(zhèn)流器中線圈的自感現(xiàn)象

B.日光燈正常發(fā)光時，鎮(zhèn)流器起著降壓限流的作用

C.日光燈正常發(fā)光后取下啟動器，日光燈不能正常工作

D.日光燈正常發(fā)光后取下啟動器，日光燈仍能正常工作

【解析】選A、B、Do鎮(zhèn)流器在啟動時，利用線圈的自感現(xiàn)象產(chǎn)生

瞬時高壓，A正確；鎮(zhèn)流器在日光燈正常工作時起降壓限流作用，使

電流穩(wěn)定在燈管的額定電流范圍內(nèi)，B正確；日光燈正常工作時，燈

管兩端電壓穩(wěn)定在額定工作電壓范圍內(nèi)，由于這個電壓低于啟動器的

電離電壓，所以并聯(lián)在兩端的啟動器也就不再起作用了，故日光燈正

常發(fā)光后取下啟動器，日光燈仍能正常工作，C錯誤，D正確。

治情境吆模型

情境創(chuàng)新題

【例1］（多選）新能源電動汽車越來越被人們所接受，某種無線充電

方式的基本原理如圖所示,路面上依次鋪設(shè)圓形線圈,相鄰兩個線圈

由供電裝置通以反向電流，車身底部固定感應(yīng)線圈，通過充電裝置與

蓄電池相連，汽車在此路面上行駛時，就可以進行充電。若汽車正在

勻加速行駛，下列說法正確的是（）

路面供電線圈1

A.若路面摩擦因數(shù)不變，則汽車牽引力也不變

B.感應(yīng)線圈中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向在汽車前進過程中會發(fā)生改

變

C.感應(yīng)線圈一定受到路面線圈磁場的安培力，會阻礙汽車運動

D.感應(yīng)線圈一定受到路面線圈磁場的安培力，有時會阻礙汽車運動,

有時會給汽車運動提供動力

【解析】選B、Co感應(yīng)線圈隨汽車一起運動過程中會產(chǎn)生感應(yīng)電流,

在路面線圈的磁場中受到安培力，根據(jù)“來拒去留”可知，此安培力一

定阻礙相對運動，即阻礙汽車運動，安培力隨速度的增加而增大，故

牽引力不能不變，故A、D錯誤，C正確；由安培定則知路面上相鄰

圓形線圈內(nèi)部的磁場方向相反，分析可知汽車在行駛過程