【同步讲义】（人教版2019）高中物理选修第二册--2.4互感与自感 讲义
展开2.4互感与自感
基础导学
要点一、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，如变压器就是利用互感现象制成的．
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，互感现象有时会影响电路的工作．
要点二、自感现象
1．自感
一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场在它本身激发出感应电动势的现象．
2．通电自感和断电自感的比较
| 通电自感 | 断电自感 |
电路 图 | ||
器材 要求 | L1、L2同规格，R＝RL，L较大 | L很大(有铁芯)，RL≪RLA |
现象 | 在S闭合瞬间，L2灯立即亮起来，L1灯逐渐变亮，最终一样亮 | 在开关S断开瞬间，LA灯突然闪亮一下后再渐渐熄灭(当抽掉铁芯后，重做实验，断开开关S时，会看到LA灯马上熄灭) |
原因 | 由于开关闭合时，流过电感线圈的电流增大，使线圈产生自感电动势，阻碍电流的增大，使流过L1灯的电流比流过L2灯的电流增加得慢 | 断开开关S时，流过线圈L的电流减小，产生自感电动势，阻碍电流的减小，使电流继续存在一段时间；在S断开后，通过L的电流反向通过灯LA，且由于RL≪RLA，使得流过LA灯的电流在开关断开瞬间突然增大，从而使LA灯的发光功率突然变大 |
能量 转化 情况 | 电能转化为磁场能 | 磁场能转化为电能 |
3.灯泡亮度的变化
| 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 | 电流突然变大，然后逐渐减小，若RL＝0，灯泡最后不亮 |
断电时 | 电流逐渐减小 灯泡逐渐变暗 电流方向不变 | 电路中稳态电流为I1、I2 ①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗 ②若I2>I1，灯泡闪亮后逐渐变暗 两种情况灯泡电流方向均改变 |
要点突破
突破一：对自感电动势的理解
(1)自感电动势阻碍原电流的变化，而不是阻止原电流的变化，只是使原电流的变化时间变长，即自感电动势总是起着推迟电流变化的作用．
(2)自感电动势的方向：当原电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反；当原电流减小时，自感电动势方向与原电流方向相同(增反减同)．
(3)自感电动势的大小：EL＝L，它可以超出线圈两端的原电压．
(3)对电感线圈阻碍作用的理解
①若电路中的电流正在改变，电感线圈会产生自感电动势阻碍电路中电流的变化，使得通过电感线圈的电流不能突变．
②若电路中的电流是稳定的，电感线圈相当于一段导线，其阻碍作用是由绕制线圈的导线电阻引起的．
突破二：自感系数
(1)影响因素：自感系数L简称自感或电感，是由线圈本身性质决定的，其具体关系为：E＝L.，跟线圈的形状、体积、匝数等因素有关．横截面积越大，匝数越多，它的自感系数就越大，另外有铁芯时线圈的自感系数比没有铁芯时要大得多．
(2)单位：亨利(H)．常用的还有毫亨(mH)、微亨(μH).1 H＝103 mH＝106 μH.
突破三：自感现象和灯泡亮度变化
自感现象
自感 | 电路 | 条件 | 现象 | 原因 |
通电 自感 | S闭合 的瞬间 | A2先亮 | 由于A2支路为纯电阻，不产生自感现象 | |
A1逐渐 亮起来 | 由于L的自感作用，阻碍A1支路电流增大 | |||
断电 自感 | S断开 的瞬间 | A过一 会儿才 熄灭或 闪亮后 逐渐熄 灭 | L与灯泡A组成回路，由于L的自感作用，使得A过一会儿才熄灭 |
灯泡亮度变化
| 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 | 电流突然变大，然后逐渐减小 |
断电时 | 电流逐渐减小灯泡逐渐变暗电流方向不变 | 电路中稳态电流为I1、I2①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗；②若I2＞I1，灯泡闪亮后逐渐变暗. 两种情况灯泡中电流方向均改变 |
典例精析
题型一：对自感现象的分析
例一．（多选）如下图所示(a)、(b)中，自感线圈L的电阻很小，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，下列说法正确的是( )
A．在电路(a)中，断开S，A将逐渐变暗
B．在电路(a)中，断开S，A将先变得更亮，然后逐渐变暗
C．在电路(b)中，断开S，A将逐渐变暗
D．在电路(b)中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
变式迁移1：（多选）在图所示电路中，L是自感系数足够大的线圈(直流电阻不计)，A、B为两只相同的灯泡．下列说法中正确的是( )
A．在S刚闭合时，A灯逐渐变亮，B灯立即变亮
B．在S刚闭合时，两灯同时亮，然后A灯熄灭，B灯更亮
C．S闭合一段时间后，再将S断开，A、B两灯同时熄灭
D．S闭合一段时间后，再将S断开，A灯亮一会熄灭，B灯立即熄灭
题型二：断电自感现象中的电流变化情况
例二．如图所示，对于原来闭合的开关S突然断开的瞬间，会看到灯A更亮的闪一下再熄灭，设S闭合时，灯中电流为I灯，线圈L中电流为IL，开关断开的瞬间灯A中电流为I′灯，线圈L中电流为I′L，则( )
A．I灯＜I′灯，IL≥I′L
B．I灯＝I′灯，IL≤I′L
C．I灯＜I′灯，IL＜I′L
D．I灯＞I′灯，IL≤I′L
变式迁移2：如图所示，多匝电感线圈L的电阻和电池内阻不计，两个电阻的阻值都是R，开关S原来打开，电流I0＝，今合上开关S将一电阻短路，于是线圈有自感电动势产生，这时电动势( )·
A．有阻碍电流的作用，最后电流由I0减小到零
B．有阻碍电流的作用，最后电流总小于I0
C．有阻碍电流增大的作用，因而电流I0保持不变
D．有阻碍电流增大的作用，最后电流增大到2I0
强化训练
一、选择题
1、如图所示，L是自感系数很大的线圈，但其自身的电阻几乎为0，A和B是两个相同的小灯泡。下列说法正确的是（ ）
A．S闭合的瞬间，A灯立即发光，B灯缓慢变亮
B．S闭合稳定后，A灯和B灯的亮度相同
C．S断开的瞬间，A灯和B灯都不会立即熄灭
D．S断开的瞬间，B灯会闪亮一下再缓慢熄灭
2、如图所示，A、B、C是三个完全相同的灯泡，L是一个自感系数较大的线圈（直流电阻可忽略不计）。则（ ）
A．S闭合时，A灯立即亮，然后逐渐熄灭
B．S闭合时，B灯立即亮，然后逐渐熄灭
C．电路接通稳定后，S断开时，C中电流方向不变
D．电路接通稳定后，S断开时，B灯立即熄灭
3、如图所示的电路中，和是完全相同的灯泡，线圈L的电阻可以忽略不计，下列说法中正确的是（ ）
A．合上开关S接通电路时，先亮后亮，最后一样亮
B．合上开关S接通电路时，和始终一样亮
C．断开开关S切断电路时，立即熄灭，过一会才熄灭
D．断开开关S切断电路时，立即熄灭，过一会才熄灭
4、物理课上，老师做了一个奇妙的“自感现象”实验。按如图所示连接电路，先闭合开关S，电路稳定后小灯泡A正常发光，然后断开开关S，同学们发现小灯泡A闪亮一下再熄灭。已知自感线圈L的直流电阻为RL，小灯泡A正常发光时电阻为RA。下列说法中正确的是（ ）
A．RL>RA
B．RL=RA
C．断开开关S的瞬间，小灯泡A中的电流方向为a→b
D．断开开关S的瞬间，小灯泡A中的电流方向为b→a
5、某同学设计了如图所示点火装置。在一个用许多薄硅钢片叠合而成的直条形铁芯上套有两个彼此绝缘且靠近的线圈A和B，调节触点K与带有铁头的弹簧片P恰好接触，合上开关S后，就能在火花塞的两电极M、N之间产生火花。关于该设计方案，下列说法正确的是（ ）
A．不可行，因为电源是直流电
B．不可行，因为两个线圈的磁通量没有变化
C．可行，且A的匝数比B多时，点火效果更好
D．可行，且M、N做成针状时，点火效果更好
6、如图所示灯泡A1、A2的规格完全相同，线圈L的电阻不计，下列说法中正确的是（ ）
A．当接通电路时，A1和A2始终一样亮
B．当接通电路时，A2先达到最大亮度，A1后达到最大亮度，最后两灯一样亮
C．当断开电路时，A2立即熄灭、A1过一会几才熄灭
D．当断开电路时，两灯都立即熄灭
7、如图所示，L是一带铁芯的理想电感线圈，其直流电阻为零。电路中A和B是二个相同的灯泡，A灯泡串接一个理想二极管D，则下列说法错误的是（ ）
A．开关S闭合瞬间，A灯不亮
B．开关S闭合瞬间，B灯泡立即亮
C．开关S断开瞬间，A灯泡闪亮一下后熄灭
D．开关S断开瞬间，a点电势低于b点电势
8、在自感课堂引入中，三位同学合作完成了一个惊奇小实验：他们手拉手与一节电动势为的干电池、若干导线、一个开关、一个有铁芯且匝数较多的线圈按图示方式连接，实验过程中人会有触电的感觉。下列说法正确的是（ ）
A．闭合开关瞬间，人有触电的感觉 B．闭合开关瞬间，人体的电流大于线圈的电流
C．断开开关瞬间，流过人的电流方向为 D．断开开关瞬间，线圈两端的电压突然增大
9、如图所示的电路中，灯泡、的电阻关系为，电感L的直流电阻可忽略，D为理想二极管。下列判断正确的是（ ）
A．开关K闭合后，、立即变亮
B．开关K闭合后，逐渐变亮，立即变亮
C．闭合电路且稳定后，再断开开关K，先变亮，然后逐渐变暗，立即熄灭
D．闭合电路且稳定后，再断开开关K，逐渐变暗，先变亮，然后逐渐变暗
10、如图所示，灯泡A、B完全相同，若线圈L的电阻为，且（为灯泡A的电阻），则（ ）
A．S闭合瞬间，灯A、B同时发光
B．S闭合瞬间，灯A不亮，灯B立即亮
C．稳定后再断开S的瞬间，灯A、B均闪亮一下熄灭
D．稳定后再断开S的瞬间，灯B立即熄灭，灯A闪亮一下熄灭
