2.4 互感和自感 导学案 —2021-2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册（word版学案）

2.4互感和自感
【学习目标】
（1）知道互感现象和互感电动势。
（2）知道自感现象和自感电动势。
（3）知道自感系数。
（4）了解日光灯的工作原理
（5）会灵活运用公式求感生电动势
（6）会利用自感现象和互感现象解释相关问题
【学习重点】
自感现象产生的原因及特点。
【学习难点】
运用自感知识解决实际问题。
【学习方法】
讨论法、探究法、实验法
【学习用具】
变压器原理说明器(用400匝线圈)、3.8V0.3A灯泡两只、滑动变阻器、电源(3V)、导线、开关，日光灯组件
【学习过程】
一、复习旧课，引入新课
1．引起电磁感应现象最重要的条件是什么？
2．楞次定律的内容是什么？
二、新课学习
问题：在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，当一个线圈中的电流变化时，在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？
（一）互感现象
两个线圈之间并没有导线相连，但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。这种现象叫做 ，这种感应电动势叫做 。
利用互感现象可以把 由一个线圈传递到另一个线圈。变压器就是利用互感现象制成的。如下图所示。
在电力工程中和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，这时要设法 电路间的互感现象。例如在电路板的刻制时就要设法减小电路间的 现象。
（二）自感现象
1．动手做一做
实验1：断电自感现象。学生几人一组作实验
实验电路如图所示。接通电路，灯泡正常发光后，迅速断开开关，可以看到灯泡闪亮一下再逐渐熄灭。
问1：灯泡闪亮一下，说明了什么问题？
问2：在开关断开这一瞬间，增大的电压从哪里来的。
实验2：将与灯泡并联的线圈取掉。再演示上述实验，这时灯泡不再闪亮。
问3：线圈本身并不是电源，它又是如何提供高电压的呢？
2．分析现象，建立概念
（1）讨论：相互讨论。出示实验电路图，运用已学过的电磁感应的知识来分析实验现象。
问1：这个实验中，线圈也发生了电磁感应。那么是什么原因引起线圈发生电磁感应呢？
问2：开关接通时，线圈中有没有电流？
问3：有电流通过线圈时，线圈会不会产生磁场？根据是什么？
问4：既然线圈产生了磁场，那么就有磁感线穿过线圈，线穿过线圈的磁通量就不等于0。开关断开后，线圈中还有磁通量吗？
问5：所以，在开关断开这一过程中，穿过线圈的磁通量变了吗？如何变化？
问6：穿过线圈的磁通量发生了变化，会发生什么现象？
（2）讨论小结：
（3）建立概念：上述现象属于一种特殊的电磁感应现象，发生电磁感应的原因是由于通过导体 的电流发生变化而引起磁通量变化。这种电磁感应现象称为 。
自感现象：由于 发生变化而产生的电磁感应现象。
自感电动势：在 现象中产生的感应电动势。
练习：在实验中，若线圈L的电阻RL与灯泡A的电阻RA相等，则电键 断开前后通过线圈的电流随时间的变化图像为 图，通过灯泡的电流随时间的变化图像为 图；若RL远小于RA，则电键 断开前后通过线圈的电流随时间的变化图像为 图，通过灯泡的电流图像为________图。
答案：A；C；B；D
3．演示实验，强化概念
实验3：演示通电自感现象。实验电路如图。
开关接通时，可以看到，灯泡2立即正常发光，而灯泡1是逐渐亮起来的。
问1：为什么会出现这种现象呢？
问2：为什么自感电动势不是使灯泡1突然变得很亮，而是使它慢慢变亮呢？
4．综合因素，讲解规律
在自感现象中，自感电动势的产生是由于导体本身的电流发生了变化而引起的，而自感电动势却总是阻碍导体中原来电流的变化的。
特点：自感电动势总是 导体中原来电流的 的。
具体而言：①如果导体中原来的电流是增大的，自感电动势就要阻碍原来电流的增大。
I原↑，则ε自(I自)与I原相反
②如果导体中原来的电流是减小的，自感电动势就要阻碍原来电流的减小。
I原↓，则ε自(I自)与I原相同
5．分析实验，深化理解
①实验1称为断电自感现象，实验2称为通电自感现象。那么，在实验1中电路接通的瞬间，线圈是否发生自感？在实验2中，把开关断开时，线圈是否发生自感现象呢？
②实验2中，如果以很快的频率反复打开、闭合开关，会出现什么现象呢？
③实验1中开关断开了，电源已不再给灯泡提供电能了，灯还闪亮一下。这些能量是哪里来的呢？是凭空产生了能量吗？
（三）自感系数
问：感应电动势的大小跟什么因素有关？
自感电动势的大小跟其它感应电动势的大小一样，跟穿过线圈的磁通量的变化快慢有关。而在自感现象中，穿过线圈的磁通量是由电流引起的，故自感电动势的大小跟导体中电流变化的快慢有关。
E= 。
L称为线圈的自感系数，简称自感或 。自感表示线圈产生 本领大小的物理量。L的大小跟线圈的形状、长短、匝数、有无铁芯有关。
单位：亨利(H)
1H= mH= μH
【课堂练习】
一、单选题
1．电感L的单位是亨利，符号是H；电容C的单位是法拉，符号是F，则LC用国际单位制下的基本单位符号表示正确的是（　　）
A．s B． C． D．
2．如图所示，在铁芯P上绕着两个线圈a和b，则（　　）
A．线圈a输入正弦交变电流，线圈b可输出恒定电流
B．线圈a输入恒定电流，穿过线圈b的磁通量一定为0
C．线圈b输出的交变电流不对线圈a的磁场造成影响
D．线圈a的磁场变化时，线圈b中一定产生感应电动势
3．在研究自感现象的实验中，将自感线圈、电阻和电流传感器按如下电路连接。闭合开关后，电流随时间变化的关系是（　　）
A． B．
C． D．
4．如图所示，A、B两灯相同，L是带铁芯的电阻可不计的线圈，下列说法中正确的是（ ）
A．开关K合上瞬间，A灯被短路，不会亮，B灯会亮
B．K合上稳定后，A、B都会亮着
C．K断开瞬间，A、B同时熄灭
D．K断开瞬间，B立即熄灭，A过一会儿再熄灭
5．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
6．如图所示，L是自感系数足够大的线圈，电阻可忽略不计，D1、D2和D3是三个完全相同的灯泡，则下列说法中正确的是（　　）
A．S闭合瞬间，三个灯同时亮，最后D1、D2熄灭，D3变亮
B．S闭合瞬间，D1、D2先亮，D3后亮，最后三个灯亮度一样
C．S断开时，三个灯都亮一下再慢慢熄灭
D．S断开时，D2、D3立即熄灭，D1亮一下再慢慢熄灭
二、解答题
7．如图所示是一种常用的延时继电器示意图，图中的S2是一直闭合的。当开关S1闭合时，衔铁D将被吸下，C线路接通；当S1断开时，D将延迟一段时间才被释放，延时继电器就是这样得名的。试问：
（1）这种继电器的延时功能是物理学中的什么现象；
（2）如果将S2处于断开状态，试分析说明该装置是否还具有延时功能？（图中F为电磁铁，A、B为导线线圈）
8．如图所示的电路中，电流表的内阻不计，电阻R1＝2.5 Ω，R2＝7.5 Ω，线圈的直流电阻可以忽略。闭合开关S的瞬间，电流表读数I1＝0.2 A，当线圈中的电流稳定后，电流表的读数I2＝0.4 A，试求电池的电动势和内阻。
9．在图所示电路中，L为一自感线圈，如果开关S断开，电流从最大值减小到零的时间为0.05s，产生的感应电动势为180V，可使氖管发光；如果电流在0.03s内减小到零，则氖管两端可得到多大电压？
10．如图所示，先闭合S，调节R2使A1、A2的亮度相同，再调节R1，使A1、A2都正常发光，然后断开S.再次闭合S，观察两只灯泡在电路接通瞬间的发光情况有什么不同？根据楞次定律分析该现象产生的原因．
11．如图所示，设电源的电动势为E＝10 V，内阻不计，L与R的电阻均为5 Ω，两灯泡的电阻为RS＝10 Ω.
(1)求断开S的瞬间，灯泡L1两端的电压；
(2)画出断开S前后一段时间内流过L1电流随时间的变化规律．
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
2．D
3．A
4．D
5．A
6．A
7．（1）电磁感应现象；（2）见解析
8．3 V，5 Ω
9．300V
10．见解析
11．(1)10 V (2)见解析
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