2-4互感和自感(人教2019選擇性必修第二冊(cè)-)(原卷版)

第二章電磁感應(yīng)第4節(jié)互感和自感【核心素養(yǎng)目標(biāo)】物理觀念了解互感現(xiàn)象及其應(yīng)用.科學(xué)思維能夠通過(guò)電磁感應(yīng)的有關(guān)規(guī)律分析通電自感和斷電自感現(xiàn)象.科學(xué)探究了解自感電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式E＝Leq\f(ΔI,Δt)，知道自感系數(shù)的決定因素了解自感現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任通過(guò)互感和自感知識(shí)應(yīng)用的實(shí)例，感受物理中科學(xué)技術(shù)與社會(huì)的緊密聯(lián)系，體會(huì)科學(xué)知識(shí)的應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和科學(xué)意識(shí)。知識(shí)點(diǎn)一互感現(xiàn)象【情境導(dǎo)入】如圖所示，在法拉第的實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)線(xiàn)圈并沒(méi)有用導(dǎo)線(xiàn)連接，當(dāng)一個(gè)線(xiàn)圈中的電流變化時(shí)，在另一個(gè)線(xiàn)圈中為什么會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)呢？【知識(shí)梳理】1．互感和互感電動(dòng)勢(shì)：兩個(gè)相互靠近且沒(méi)有導(dǎo)線(xiàn)相連的線(xiàn)圈，當(dāng)一個(gè)線(xiàn)圈中的時(shí)，它所產(chǎn)生的會(huì)在另一個(gè)線(xiàn)圈中產(chǎn)生，這種現(xiàn)象叫作互感，這種感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫作．2．應(yīng)用：利用互感現(xiàn)象可以把由一個(gè)線(xiàn)圈傳遞到，如變壓器就是利用制成的．3．危害：互感現(xiàn)象能發(fā)生在任何兩個(gè)的電路之間．在電力工程和電子電路中，互感現(xiàn)象有時(shí)會(huì)影響電路的正常工作．【重難詮釋】1．當(dāng)一個(gè)線(xiàn)圈中的電流變化時(shí)，它產(chǎn)生的磁場(chǎng)就發(fā)生變化，變化的磁場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生感生電場(chǎng)，在感生電場(chǎng)的作用下，另一個(gè)線(xiàn)圈中的自由電荷定向運(yùn)動(dòng)，于是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．2．一個(gè)線(xiàn)圈中電流變化越快(電流的變化率越大)，另一個(gè)線(xiàn)圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大．3．應(yīng)用與危害(1)應(yīng)用：變壓器、收音機(jī)的磁性天線(xiàn)都是利用互感現(xiàn)象制成的．(2)危害：在電力工程和電子電路中，互感現(xiàn)象有時(shí)會(huì)影響電路的正常工作，這時(shí)要設(shè)法減小電路間的互感．例如在電路板刻制時(shí)就要設(shè)法減小電路間的互感現(xiàn)象．【典例精析】例1．(多選)如圖所示，線(xiàn)圈P、Q同軸放置，P與開(kāi)關(guān)S、電源和滑動(dòng)變阻器R組成回路，Q與電流計(jì)G相連，要使Q線(xiàn)圈產(chǎn)生圖示方向的電流，可采用的方法有()A．閉合開(kāi)關(guān)S后，把R的滑片右移B．閉合開(kāi)關(guān)S后，把R的滑片左移C．閉合開(kāi)關(guān)S后，把Q靠近PD．無(wú)需閉合開(kāi)關(guān)S，只要把Q靠近P即可知識(shí)點(diǎn)二自感現(xiàn)象【情境導(dǎo)入】1．按照如圖所示電路圖連接電路．(1)開(kāi)關(guān)S接通時(shí)，燈泡1和2的發(fā)光情況有什么不同？(2)根據(jù)楞次定律結(jié)合電路圖分析該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因．2.按照如圖所示電路圖連接電路．(1)若燈泡的電阻小于線(xiàn)圈L的直流電阻，先閉合開(kāi)關(guān)使燈泡發(fā)光，穩(wěn)定后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)．觀察開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)燈泡的亮度變化，并解釋原因．若燈泡電阻大于線(xiàn)圈L的直流電阻，燈泡的亮度如何變化？(2)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)前后，流過(guò)燈泡的電流方向相同嗎？【知識(shí)梳理】當(dāng)一個(gè)線(xiàn)圈中的變化時(shí)，它所產(chǎn)生的變化的磁場(chǎng)在激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為自感．由于自感而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫作自感電動(dòng)勢(shì)．【重難詮釋】1．對(duì)自感現(xiàn)象的理解自感現(xiàn)象是一種電磁感應(yīng)現(xiàn)象，遵守法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律．2．對(duì)自感電動(dòng)勢(shì)的理解(1)產(chǎn)生原因通過(guò)線(xiàn)圈的電流發(fā)生變化，導(dǎo)致穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量發(fā)生變化，因而在線(xiàn)圈上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．(2)自感電動(dòng)勢(shì)的方向當(dāng)原電流增大時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)的方向與原電流方向相反；當(dāng)原電流減小時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)的方向與原電流方向相同(即：增反減同)．(3)自感電動(dòng)勢(shì)的作用阻礙原電流的變化，而不是阻止，原電流仍在變化，只是使原電流的變化時(shí)間變長(zhǎng)，即總是起著推遲電流變化的作用．3．對(duì)電感線(xiàn)圈阻礙作用的理解(1)若電路中的電流正在改變，電感線(xiàn)圈會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電路中電流的變化，使通過(guò)電感線(xiàn)圈的電流不能突變．(2)若電路中的電流是穩(wěn)定的，電感線(xiàn)圈相當(dāng)于一段導(dǎo)線(xiàn)，其阻礙作用是由繞制線(xiàn)圈的導(dǎo)線(xiàn)的電阻引起的．(3)線(xiàn)圈通電和斷電時(shí)線(xiàn)圈中電流的變化規(guī)律如圖．【典例精析】例2．如圖所示，L是電感足夠大的線(xiàn)圈，其直流電阻可忽略不計(jì)，A和B是兩個(gè)參數(shù)相同的燈泡，若將開(kāi)關(guān)S閉合，等燈泡亮度穩(wěn)定后，再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S，則()A．開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，燈泡A比B先亮B．開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，燈泡A、B同時(shí)亮，最后一樣亮C．開(kāi)關(guān)S閉合后，燈泡A逐漸熄滅，燈泡B逐漸變亮，最后亮度保持不變D．開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)瞬間，A、B閃亮一下逐漸熄滅知識(shí)點(diǎn)三自感系數(shù)和磁場(chǎng)的能量【情境導(dǎo)入】(1)自感電動(dòng)勢(shì)與哪些因素有關(guān)？(2)在斷電自感現(xiàn)象中，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后，燈泡仍然亮一會(huì)，是否違背能量守恒定律？【知識(shí)梳理】自感系數(shù)1．自感電動(dòng)勢(shì)：E＝Leq\f(ΔI,Δt)，其中eq\f(ΔI,Δt)是；L是，簡(jiǎn)稱(chēng)自感或電感．單位：，符號(hào)：.2．自感系數(shù)與線(xiàn)圈的、、，以及是否有等因素有關(guān)．磁場(chǎng)的能量1．線(xiàn)圈中電流從無(wú)到有時(shí)，磁場(chǎng)從無(wú)到有，電源把能量輸送給，儲(chǔ)存在中．2．線(xiàn)圈中電流減小時(shí)，中的能量釋放出來(lái)轉(zhuǎn)化為電能．3．自感電動(dòng)勢(shì)有阻礙線(xiàn)圈中的性質(zhì)．【重難詮釋】1．自感電動(dòng)勢(shì)(1)表達(dá)式：E＝Leq\f(ΔI,Δt).(2)理解：①公式中eq\f(ΔI,Δt)為電流的變化率，電流變化越快，電流變化率越大，自感電動(dòng)勢(shì)也越大．②公式中L為線(xiàn)圈的自感系數(shù)．2．自感系數(shù)【典例精析】例3．關(guān)于自感現(xiàn)象、自感系數(shù)、自感電動(dòng)勢(shì)，下列說(shuō)法正確的是()A．當(dāng)線(xiàn)圈中通恒定電流時(shí)，線(xiàn)圈中沒(méi)有自感現(xiàn)象，線(xiàn)圈自感系數(shù)為零B．線(xiàn)圈中電流變化越快，線(xiàn)圈的自感系數(shù)越大C．自感電動(dòng)勢(shì)與原電流方向相反D．對(duì)于確定的線(xiàn)圈，其產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)與其電流變化率成正比針對(duì)訓(xùn)練一、單選題1．圖甲和圖乙是教材中演示自感現(xiàn)象的兩個(gè)電路圖，L1和L2為電感線(xiàn)圈。實(shí)驗(yàn)時(shí)，閉合開(kāi)關(guān)S1，電路穩(wěn)定后，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S1瞬間，燈A1突然閃亮，隨后逐漸變暗；閉合開(kāi)關(guān)S2，燈A2逐漸變亮。而另一個(gè)相同的燈A3立即變亮，最終A2與A3的亮度相同。下列說(shuō)法正確的是（）A．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2．如圖所示為“萬(wàn)人跳”實(shí)驗(yàn)的示意圖，電源的內(nèi)電阻可忽略，L為學(xué)生實(shí)驗(yàn)用變壓器線(xiàn)圈，在時(shí)刻閉合開(kāi)關(guān)S，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，在時(shí)刻斷開(kāi)S。下列表示通過(guò)人體電流I隨時(shí)間t變化的圖像中，你認(rèn)為最符合該實(shí)驗(yàn)實(shí)際的是（）A． B． C． D．3．下列關(guān)于互感現(xiàn)象的說(shuō)法不正確的是（）A．一個(gè)線(xiàn)圈中的電流變化時(shí)，與之靠近的線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱(chēng)為互感現(xiàn)象B．互感現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵循楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律C．利用互感現(xiàn)象能夠?qū)⒛芰坑梢粋€(gè)線(xiàn)圈傳遞到另一個(gè)線(xiàn)圈，所以人們制造了收音機(jī)的“磁性天線(xiàn)”D．在電力工程以及電子電路中不會(huì)出現(xiàn)互感現(xiàn)象而影響電路的正常工作4．某同學(xué)想對(duì)比電感線(xiàn)圈和小燈泡對(duì)電路的影響，他設(shè)計(jì)了如圖所示的電路，電路兩端電壓恒定，電感線(xiàn)圈和燈泡并聯(lián)接在電源兩端。先閉合開(kāi)關(guān)K，等電路穩(wěn)定后，再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈泡突然閃了一下。已知燈泡的規(guī)格為（1.25W，3.0V），在實(shí)驗(yàn)室找到了兩個(gè)自感系數(shù)相同的線(xiàn)圈A、B，它們的直流電阻分別為10Ω、5Ω。下列關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法正確的（）A．選用兩個(gè)線(xiàn)圈中的任意一個(gè)都可以得到上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象B．閉合開(kāi)關(guān)時(shí)，燈泡逐漸亮起來(lái)C．?dāng)嚅_(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，流過(guò)電感線(xiàn)圈的電流突然增大D．?dāng)嚅_(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，流過(guò)燈泡的電流改變方向5．如圖所示，A、B是兩個(gè)完全相同的燈泡，D是理想二極管，L是帶鐵芯的線(xiàn)圈，其直流電阻忽略不計(jì)。下列說(shuō)法正確的是（）A．S閉合瞬間，B先亮A后亮B．S閉合瞬間，A先亮B后亮C．電路穩(wěn)定后，在S斷開(kāi)瞬間，A閃亮一下，然后逐漸熄滅D．電路穩(wěn)定后，在S斷開(kāi)瞬間，B立即熄滅6．如圖所示，兩個(gè)燈泡A1和A2的規(guī)格相同，A1與線(xiàn)圈L串聯(lián)后接到電路中，A2與可變電阻R串聯(lián)后接到電路中。先閉合開(kāi)關(guān)S，調(diào)節(jié)R，使兩個(gè)燈泡的亮度相同，再調(diào)節(jié)R1，使它們正常發(fā)光，然后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S，下列說(shuō)法正確的是（）A．重新接通電路，A1、A2同時(shí)變亮B．重新接通電路，A1逐漸變暗C．接通電路，電路穩(wěn)定后再次斷開(kāi)S，A1、A2逐漸熄滅D．接通電路，電路穩(wěn)定后再次斷開(kāi)S，A2閃亮一下再熄滅7．如圖所示電路為演示自感現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)電路。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先閉合開(kāi)關(guān)S，電路達(dá)到穩(wěn)定后，設(shè)通過(guò)線(xiàn)圈L的電流為I1，通過(guò)小燈泡L2的電流為I2，小燈泡L1、L2均處于正常發(fā)光狀態(tài)。以下說(shuō)法正確的是（）

A．S閉合瞬間，L2燈慢慢變亮，L1燈立即變亮B．S閉合瞬間，L1燈慢慢變亮，L2燈立即變亮C．S斷開(kāi)瞬間，流經(jīng)小燈泡L2中的電流由I2逐漸減為零D．S斷開(kāi)瞬間，流經(jīng)小燈泡L2中的電流由I1逐漸減為零8．如圖所示，是日光燈的電路圖，主要由燈管、鎮(zhèn)流器、啟動(dòng)器組成。關(guān)于日光燈的原理，下列說(shuō)法正確的是（）A．閉合開(kāi)關(guān)S點(diǎn)燃日光燈管過(guò)程中，啟動(dòng)器的雙金屬片始終是閉合的B．閉合開(kāi)關(guān)S點(diǎn)燃日光燈管過(guò)程中，鎮(zhèn)流器相當(dāng)于電阻C．將鎮(zhèn)流器換為定值電阻，閉合開(kāi)關(guān)S仍能正常點(diǎn)燃日光燈管D．將啟動(dòng)器更換為開(kāi)關(guān)S1，先閉合開(kāi)關(guān)S和S1，再斷開(kāi)S1，仍有可能點(diǎn)燃日光燈管二、多選題9．如圖所示的電路中，三個(gè)相同的燈泡a、b、c和電感線(xiàn)圈L1、L2與直流電源連接，電感線(xiàn)圈的電阻忽略不計(jì)，開(kāi)關(guān)S從閉合狀態(tài)突然斷開(kāi)時(shí)，下列判斷正確的有（）A．a(chǎn)先變亮，然后逐漸熄滅B．b先變亮，然后逐漸熄滅C．c先變亮，然后逐漸熄滅D．b、c逐漸熄滅10．如圖所示為演示自感現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)電路圖，線(xiàn)圈的自感系數(shù)較大，且使滑動(dòng)變阻器R接入電路中的阻值與線(xiàn)圈直流電阻相等，下列判斷正確的是（）A．接通開(kāi)關(guān)S，燈A1、A2立即變亮B．接通開(kāi)關(guān)S，燈A1逐漸變亮，燈A2立即變亮C．接通開(kāi)關(guān)S，待電路穩(wěn)定后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S，燈A1、A2逐漸熄滅D．接通開(kāi)關(guān)S，待電路穩(wěn)定后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S，燈A1逐漸熄滅，燈A2閃一下后逐漸熄滅11．如圖甲所示，無(wú)線(xiàn)手機(jī)充電因其方便、科技感強(qiáng)，很受年輕人的喜愛(ài)。圖乙為電磁感應(yīng)式手機(jī)無(wú)線(xiàn)充電的原理示意圖，與變壓器類(lèi)似，在充電基座上的送電線(xiàn)圈接入正弦交流電，手機(jī)中的受電線(xiàn)圈感應(yīng)出電流，實(shí)現(xiàn)為手機(jī)充電的目的。則在充電過(guò)程中（）A．無(wú)線(xiàn)充電與有線(xiàn)充電一樣實(shí)現(xiàn)了能量的傳遞B．送電線(xiàn)圈接入恒定電流也可以持續(xù)給手機(jī)充電C．送電線(xiàn)圈中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)是均勻變化的磁場(chǎng)D．受電線(xiàn)圈中感應(yīng)電流產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)12．在日常生活中，比如摩托車(chē)和汽車(chē)上裝有的磁性轉(zhuǎn)速表就是利用了電磁驅(qū)動(dòng)原理，如圖所示是磁性式轉(zhuǎn)速表及其原理圖，關(guān)于磁性式轉(zhuǎn)速表的電磁驅(qū)動(dòng)原理，下列說(shuō)法正確的是（）A．鋁盤(pán)接通電源，通有電流的鋁盤(pán)在磁場(chǎng)作用下帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)B．永久磁體隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng)，在鋁盤(pán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使鋁盤(pán)受磁場(chǎng)力而轉(zhuǎn)動(dòng)C．鋁盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向與永久磁體轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同D．由于鋁盤(pán)和永久磁體被同一轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)，所以?xún)烧咿D(zhuǎn)動(dòng)是完全同步的13．如圖所示，電路中有兩個(gè)相同的燈泡L1、L2，電感線(xiàn)圈L的自感系數(shù)很大，直流電阻可忽略不計(jì)，電源內(nèi)阻不計(jì)。第一次：S2合向1，再閉合S1，電路穩(wěn)定后再斷開(kāi)S1；第二次：S2合向2，再閉合S1，電路穩(wěn)定后再斷開(kāi)S1，則下列說(shuō)法正確的是（）A．第一次：閉合S1后，會(huì)看到L1、L2立即變亮，此后L2逐漸熄滅B．第一次：斷開(kāi)S1后，會(huì)看到L1逐漸熄滅，L2亮一下后熄滅C．第二次：閉合S1后，會(huì)看到L2立即變亮，L1逐漸變亮D．第二次：斷開(kāi)S1后，會(huì)看到L1逐漸熄滅，L2亮一下后熄滅14．在如圖所示的電路中，兩個(gè)完全相同的小燈泡和分別串聯(lián)一個(gè)帶鐵芯的電感線(xiàn)圈L和一個(gè)滑動(dòng)變阻器R。閉合開(kāi)關(guān)S待電路穩(wěn)定后，調(diào)整R的滑片使和亮度一樣，此時(shí)通過(guò)兩個(gè)燈泡的