人教版高中物理选择性必修二 2.4 互感和自感 学案
文档属性
| 名称 | 人教版高中物理选择性必修二 2.4 互感和自感 学案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.5MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-08-26 17:20:44 | ||
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文档简介
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2.4
互感和自感
学案
一、自主预习
1.
当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为_________。互感现象中产生的感应电动势，称为_________。
2．决定线圈自感系数大小的因素:线圈的大小、形状、_____以及是否有_____等。
课堂探究
情景设问
两个线圈A、B之间并没有导线相连，线圈A与手机（或MP3等）的音频输出端连接，线圈B与扩音器的输入端连接。把线圈A插入线圈B时就能在扩音器上听见由手机输出的声音，这是为什么？
新知探究
考点一：互感现象
定义：
1、当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为互感。互感现象中产生的感应电动势，称为互感电动势。
2、利用互感现象可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈，因此在电工技术和电子技术中有广泛应用。变压器就是利用互感现象制成的。
互感现象的应用与防止
应用：变压器
防止：互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,且可发生于任何两个相互靠近的电路之间。在电力工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，这时要设法减小电路间的互感。
考点二：自感现象
定义
1、由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫自感现象。
2、自感现象中产生的电动势叫自感电动势。
自感电动势的作用：阻碍导体中原来的电流变化。
注意：
“阻碍”不是“阻止”，电流原来怎么变化还是怎么变，只是变化变慢了，即对电流的变化起延迟作用。
实验一：
1、先合上开关S，调节变阻器R的电阻，使同样规格的两个灯泡A1和A2的明亮程度相同。
2、再调节变阻器R1使两个灯泡都正常发光。
3、然后断开开关S。
实验二：
1、把灯泡A和带铁芯
的线圈L并联在直流电路中。
2、接通电路，待灯泡正常发光，断开电路。
通电自感和断电自感:
做一做
用电流传感器显示自感对电流的影响：
电流传感器的作用相当于一个电流表，本书就用电流表的符号表示。传感器与计算机相结合不仅即时反映电流的迅速变化，还能在屏幕上显示电流随时间变化的图像。
1.按图2.4-4甲连接电路（图2.4-5是实物连接图），可以看到，开关闭合时电流是逐渐增大的。为了说明这一点，可以拆掉线圈（图2.4-4乙）再测一次，看看两次测得的电流—时间图像有什么不同。
2.将线圈L与电阻R
并联后接到电池的两端（电路与图2.4-3相仿），测量通过电阻R
的电流，可以看到，开关断开前后通过电阻R
的电流方向不同
自感现象的应用与防止
应用：日光灯的镇流器，就是利用这个原理来产生启动时所需要的高电压的。再比如在无线电技术中，电感和电容组成振荡电路，用来发射无线电波。
危害：更多的时候，这么大自感电动势会造成很大的危害。像大型电动机中的绕线组，大型变压器的线圈等原件。他们的自感系数非常大，在切断电路的瞬间会产生很高的自感电动势，使开关附近的空气被电离击穿形成电弧。电弧会把开关烧坏，甚至引起火灾。
防止：
油浸开关：把开关放在绝缘性良好的油中防止空气被击穿。
双线绕法：电阻丝通常采用这样的双线绕法。当电流流过电阻丝时，两股电阻丝中的电流所产生的磁场相互抵消，就不会产生感应电动势。
考点三：自感系数
(1)自感电动势的大小:E=L
,其中L是线圈的自感系数,简称自感或电感。
(2)单位:亨利,符号:H。常用的还有毫亨(mH)和微亨(μH)。换算关系是:
1H=103mH=106μH。
(3)决定线圈自感系数大小的因素:线圈的大小、形状、圈数以及是否有铁芯等。
插入铁芯线圈的自感系数变大
什么情况下灯泡会闪亮一下再熄灭？
原因：在自感系数很大的情况下，灯泡会会闪亮一下，然后熄灭或正常发光。
思考与讨论：当自感系数很大时，在开关断开和闭合的瞬间，自感线圈会产生瞬时的很高的自感电动势，该电动势会补充A灯或A2灯中的电流，从而使A灯或A2灯中电流突然变大，所以要闪亮一下。
考点四：磁场的能量
开关闭合时线圈中有电流，电流产生磁场，能量储存在磁场中，开关断开时，线圈作用相当于电源，把磁场中的能量转化成电能。
当线圈刚刚接通电源的时候，自感电动势阻碍线圈中电流的增加；当电源断开的时候，自感电动势又阻碍线圈中电流的减小。线圈的自感系数越大，这个现象越明显，线圈能够体现电的“惯性”。
三、典例精讲
例题展示
例1如图所示电路中,L是自感系数足够大的线圈,它的电阻可忽略不计,D1和D2是两个完全相同的小灯泡。将开关K闭合,待灯泡亮度稳定后,再将开关K断开,则下列说法中正确的是
( )
A.K闭合瞬间,两灯同时亮,以后D1变更亮,D2变暗
B.K闭合瞬间,D1先亮,D2后亮,最后两灯亮度一样
C.K断开时,两灯都亮一下再慢慢熄灭
D.K断开时,D2立即熄灭,D1亮一下再慢慢熄灭
例2关于电磁感应现象,下列说法中正确的是
( )
A.穿过螺线管的磁通量发生变化时,螺线管内部就一定有感应电流产生
B.只要电路的一部分做切割磁感线运动,电路中就一定有感应电流
C.线圈中磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势一定越大
D.线圈中电流变化越快,线圈中产生的自感电动势一定越大
四、核心素养专练
核心素养专练
1.
关于电磁感应,下列说法中正确的是
( )
A.由于自感电流总是阻碍原电流的变化,所以自感电动势的方向总与原电流的方向相反
B.在自感系数一定的条件下,通过导体的电流引起的磁通量变化越大,产生的感应电动势就越大
C.在自感系数一定的条件下,通过导体的电流变化越快,产生的自感电动势越大
D.在自感现象中,电感线圈的自感系数与产生的自感电动势大小有关
2.
关于线圈中自感电动势的大小的说法中正确的是
( )
A.自感系数一定时,电流变化越大,电动势越大
B.自感系数一定时,电流变化越快,电动势越大
C.通过线圈的电流为零的瞬间,电动势为零
D.通过线圈的电流为最大值的瞬间,电动势最大
3.
如图所示，两个灯泡L1、L2的电阻相等，电感线圈L的电阻可忽略，开关S从断开状态突然闭合，稳定之后再断开，下列说法正确的是（ ）
A．闭合开关之后L1立刻变亮、L2逐渐变亮，然后L1、L2逐渐变暗
B．闭合开关之后L1、L2同时变亮，然后L1逐渐变亮，L2逐渐变暗
C．断开开关之后L1立即熄灭、L2逐渐变暗
D．断开开关之后L1逐渐变暗，L2闪亮一下再熄灭
4.
如图所示，A、B是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，线圈电阻与定值电阻R的阻值相同．关于这个电路的以下说法正确的是（ ）
A．开关S闭合瞬间，A、B两灯亮度相同
B．开关S闭合，B灯比A灯先亮
C．开关S闭合，电路达到稳定后，断开开关S时，A、B两灯同时熄灭
D．开关S闭合，电路达到稳定后，断开开关S时，B灯立即熄灭，A灯稍迟熄灭
五、参考答案
参考答案
自主预习
1.
互感；互感电动势
2.
圈数；铁芯
典例精讲
例1.
K闭合瞬间,由于线圈的电流增加,导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的增加,所以两灯同时亮,当电流稳定时,由于电阻可忽略不计,则以后D1熄灭,D2变亮,故A、B错误;K断开时,D2立即熄灭,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,所以D1亮一下再慢慢熄灭,故C错误,D正确。
故选：D。
例2.
穿过闭合回路的磁通量变化时,电路中产生感应电流,穿过螺线管的磁通量发生变化时,如果电路不闭合,螺线管内部不一定产生感应电流,故A错误;穿过闭合回路的磁通量变化时,电路中产生感应电流,电路的一部分做切割磁感线运动时,如果电路不闭合,电路不会产生感应电流,故B错误;由法拉第电磁感应定律可知,感应电动势与磁通量的变化率成正比,与磁通量的变化量无关,磁通量的变化量大,感应电动势不一定大,故C错误;由E=L可知,线圈中电流变化越快,线圈中产生的自感电动势一定越大,故D正确。
故选：D。
核心素养专练
1．根据楞次定律,当原电流增大时,感应电动势与原电流方向相反;当原电流减小时,感应电动势与原电流方向相同,故A错误;在自感系数一定的条件下,根据法拉第电磁感应定律,则有:通过导体的电流的变化率越大,产生的自感电动势越大,与电流大小及电流变化的大小无关,故B错误,C正确;自感系数由线圈自身决定,与其他因素无关,故D错误。
故选：C。
2．在自感系数一定的条件下,根据法拉第电磁感应定律,则有:通过导体的电流的变化率越大,产生的自感电动势越大,与电流大小及电流变化的大小无关,故A错误,B正确;由公式E=L
,通过线圈的电流为零的瞬间,电动势最大,而电流为最大值的瞬间,电动势最小,故C、D错误。
故选：B。
3．
AB、闭合开关之后，电感线圈L由于自感现象，相当于断路，灯泡L1、L2串联，同时变亮；电路稳定后，电感线圈电阻为零，则灯泡L2被短路，逐渐变暗，L1逐渐变亮，故A错误，B正确；
CD、断开开关之后，灯泡L1立即熄灭，电感线圈L中电流要减小，产生自感电动势，电流流过灯泡L2，故灯泡L2闪亮一下再熄灭，故CD错误。
故选：B。
4．A、开关闭合瞬间，L相当于断路，AB同时亮，A的电流大于B的，故A比B亮。故AB错误；
C、开关S闭合，电路达到稳定后，断开开关S时，B灯立即熄灭，L相当于电源与A灯串联，A灯稍迟熄灭，故C错误D正确；
故选：D。
2.4
互感和自感
学案
一、自主预习
1.
当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为_________。互感现象中产生的感应电动势，称为_________。
2．决定线圈自感系数大小的因素:线圈的大小、形状、_____以及是否有_____等。
课堂探究
情景设问
两个线圈A、B之间并没有导线相连，线圈A与手机（或MP3等）的音频输出端连接，线圈B与扩音器的输入端连接。把线圈A插入线圈B时就能在扩音器上听见由手机输出的声音，这是为什么？
新知探究
考点一：互感现象
定义：
1、当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为互感。互感现象中产生的感应电动势，称为互感电动势。
2、利用互感现象可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈，因此在电工技术和电子技术中有广泛应用。变压器就是利用互感现象制成的。
互感现象的应用与防止
应用：变压器
防止：互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,且可发生于任何两个相互靠近的电路之间。在电力工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，这时要设法减小电路间的互感。
考点二：自感现象
定义
1、由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫自感现象。
2、自感现象中产生的电动势叫自感电动势。
自感电动势的作用：阻碍导体中原来的电流变化。
注意：
“阻碍”不是“阻止”，电流原来怎么变化还是怎么变，只是变化变慢了，即对电流的变化起延迟作用。
实验一：
1、先合上开关S，调节变阻器R的电阻，使同样规格的两个灯泡A1和A2的明亮程度相同。
2、再调节变阻器R1使两个灯泡都正常发光。
3、然后断开开关S。
实验二：
1、把灯泡A和带铁芯
的线圈L并联在直流电路中。
2、接通电路，待灯泡正常发光，断开电路。
通电自感和断电自感:
做一做
用电流传感器显示自感对电流的影响：
电流传感器的作用相当于一个电流表，本书就用电流表的符号表示。传感器与计算机相结合不仅即时反映电流的迅速变化，还能在屏幕上显示电流随时间变化的图像。
1.按图2.4-4甲连接电路（图2.4-5是实物连接图），可以看到，开关闭合时电流是逐渐增大的。为了说明这一点，可以拆掉线圈（图2.4-4乙）再测一次，看看两次测得的电流—时间图像有什么不同。
2.将线圈L与电阻R
并联后接到电池的两端（电路与图2.4-3相仿），测量通过电阻R
的电流，可以看到，开关断开前后通过电阻R
的电流方向不同
自感现象的应用与防止
应用：日光灯的镇流器，就是利用这个原理来产生启动时所需要的高电压的。再比如在无线电技术中，电感和电容组成振荡电路，用来发射无线电波。
危害：更多的时候，这么大自感电动势会造成很大的危害。像大型电动机中的绕线组，大型变压器的线圈等原件。他们的自感系数非常大，在切断电路的瞬间会产生很高的自感电动势，使开关附近的空气被电离击穿形成电弧。电弧会把开关烧坏，甚至引起火灾。
防止：
油浸开关：把开关放在绝缘性良好的油中防止空气被击穿。
双线绕法：电阻丝通常采用这样的双线绕法。当电流流过电阻丝时，两股电阻丝中的电流所产生的磁场相互抵消，就不会产生感应电动势。
考点三：自感系数
(1)自感电动势的大小:E=L
,其中L是线圈的自感系数,简称自感或电感。
(2)单位:亨利,符号:H。常用的还有毫亨(mH)和微亨(μH)。换算关系是:
1H=103mH=106μH。
(3)决定线圈自感系数大小的因素:线圈的大小、形状、圈数以及是否有铁芯等。
插入铁芯线圈的自感系数变大
什么情况下灯泡会闪亮一下再熄灭？
原因：在自感系数很大的情况下，灯泡会会闪亮一下，然后熄灭或正常发光。
思考与讨论：当自感系数很大时，在开关断开和闭合的瞬间，自感线圈会产生瞬时的很高的自感电动势，该电动势会补充A灯或A2灯中的电流，从而使A灯或A2灯中电流突然变大，所以要闪亮一下。
考点四：磁场的能量
开关闭合时线圈中有电流，电流产生磁场，能量储存在磁场中，开关断开时，线圈作用相当于电源，把磁场中的能量转化成电能。
当线圈刚刚接通电源的时候，自感电动势阻碍线圈中电流的增加；当电源断开的时候，自感电动势又阻碍线圈中电流的减小。线圈的自感系数越大，这个现象越明显，线圈能够体现电的“惯性”。
三、典例精讲
例题展示
例1如图所示电路中,L是自感系数足够大的线圈,它的电阻可忽略不计,D1和D2是两个完全相同的小灯泡。将开关K闭合,待灯泡亮度稳定后,再将开关K断开,则下列说法中正确的是
( )
A.K闭合瞬间,两灯同时亮,以后D1变更亮,D2变暗
B.K闭合瞬间,D1先亮,D2后亮,最后两灯亮度一样
C.K断开时,两灯都亮一下再慢慢熄灭
D.K断开时,D2立即熄灭,D1亮一下再慢慢熄灭
例2关于电磁感应现象,下列说法中正确的是
( )
A.穿过螺线管的磁通量发生变化时,螺线管内部就一定有感应电流产生
B.只要电路的一部分做切割磁感线运动,电路中就一定有感应电流
C.线圈中磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势一定越大
D.线圈中电流变化越快,线圈中产生的自感电动势一定越大
四、核心素养专练
核心素养专练
1.
关于电磁感应,下列说法中正确的是
( )
A.由于自感电流总是阻碍原电流的变化,所以自感电动势的方向总与原电流的方向相反
B.在自感系数一定的条件下,通过导体的电流引起的磁通量变化越大,产生的感应电动势就越大
C.在自感系数一定的条件下,通过导体的电流变化越快,产生的自感电动势越大
D.在自感现象中,电感线圈的自感系数与产生的自感电动势大小有关
2.
关于线圈中自感电动势的大小的说法中正确的是
( )
A.自感系数一定时,电流变化越大,电动势越大
B.自感系数一定时,电流变化越快,电动势越大
C.通过线圈的电流为零的瞬间,电动势为零
D.通过线圈的电流为最大值的瞬间,电动势最大
3.
如图所示，两个灯泡L1、L2的电阻相等，电感线圈L的电阻可忽略，开关S从断开状态突然闭合，稳定之后再断开，下列说法正确的是（ ）
A．闭合开关之后L1立刻变亮、L2逐渐变亮，然后L1、L2逐渐变暗
B．闭合开关之后L1、L2同时变亮，然后L1逐渐变亮，L2逐渐变暗
C．断开开关之后L1立即熄灭、L2逐渐变暗
D．断开开关之后L1逐渐变暗，L2闪亮一下再熄灭
4.
如图所示，A、B是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，线圈电阻与定值电阻R的阻值相同．关于这个电路的以下说法正确的是（ ）
A．开关S闭合瞬间，A、B两灯亮度相同
B．开关S闭合，B灯比A灯先亮
C．开关S闭合，电路达到稳定后，断开开关S时，A、B两灯同时熄灭
D．开关S闭合，电路达到稳定后，断开开关S时，B灯立即熄灭，A灯稍迟熄灭
五、参考答案
参考答案
自主预习
1.
互感；互感电动势
2.
圈数；铁芯
典例精讲
例1.
K闭合瞬间,由于线圈的电流增加,导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的增加,所以两灯同时亮,当电流稳定时,由于电阻可忽略不计,则以后D1熄灭,D2变亮,故A、B错误;K断开时,D2立即熄灭,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,所以D1亮一下再慢慢熄灭,故C错误,D正确。
故选：D。
例2.
穿过闭合回路的磁通量变化时,电路中产生感应电流,穿过螺线管的磁通量发生变化时,如果电路不闭合,螺线管内部不一定产生感应电流,故A错误;穿过闭合回路的磁通量变化时,电路中产生感应电流,电路的一部分做切割磁感线运动时,如果电路不闭合,电路不会产生感应电流,故B错误;由法拉第电磁感应定律可知,感应电动势与磁通量的变化率成正比,与磁通量的变化量无关,磁通量的变化量大,感应电动势不一定大,故C错误;由E=L可知,线圈中电流变化越快,线圈中产生的自感电动势一定越大,故D正确。
故选：D。
核心素养专练
1．根据楞次定律,当原电流增大时,感应电动势与原电流方向相反;当原电流减小时,感应电动势与原电流方向相同,故A错误;在自感系数一定的条件下,根据法拉第电磁感应定律,则有:通过导体的电流的变化率越大,产生的自感电动势越大,与电流大小及电流变化的大小无关,故B错误,C正确;自感系数由线圈自身决定,与其他因素无关,故D错误。
故选：C。
2．在自感系数一定的条件下,根据法拉第电磁感应定律,则有:通过导体的电流的变化率越大,产生的自感电动势越大,与电流大小及电流变化的大小无关,故A错误,B正确;由公式E=L
,通过线圈的电流为零的瞬间,电动势最大,而电流为最大值的瞬间,电动势最小,故C、D错误。
故选：B。
3．
AB、闭合开关之后，电感线圈L由于自感现象，相当于断路，灯泡L1、L2串联，同时变亮；电路稳定后，电感线圈电阻为零，则灯泡L2被短路，逐渐变暗，L1逐渐变亮，故A错误，B正确；
CD、断开开关之后，灯泡L1立即熄灭，电感线圈L中电流要减小，产生自感电动势，电流流过灯泡L2，故灯泡L2闪亮一下再熄灭，故CD错误。
故选：B。
4．A、开关闭合瞬间，L相当于断路，AB同时亮，A的电流大于B的，故A比B亮。故AB错误；
C、开关S闭合，电路达到稳定后，断开开关S时，B灯立即熄灭，L相当于电源与A灯串联，A灯稍迟熄灭，故C错误D正确；
故选：D。