高二物理选择性必修二2.4 互感和自感 导学案
文档属性
| 名称 | 高二物理选择性必修二2.4 互感和自感 导学案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 389.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-01-23 21:33:42 | ||
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文档简介
高二物理选择性必修二2.4《互感和自感》导学案
学习目标：1．了解互感现象及互感现象的应用，知道什么是互感现象和自感现象。
2．观察通电自感和断电自感实验现象，通过分析通电自感和断电自感现象。
3．了解自感现象中自感电动势的作用，理解自感系数和自感系数的决定因素。
4．通过对自感现象的研究，了解磁场的能量。
学习过程：
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 ，这种现象叫 ．
2．互感的应用
利用 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．
例1：如图是一种延时继电器的示意图，铁芯上有两个线圈A和B，线圈A跟电源连接，线圈B两端连在一起构成闭合电路，铁质杆D的右端与金属触头C绝缘相连，C连接工作电路，弹簧K可以拉起杆D从而使工作电路断开。下列说法正确的是（ ）
A．工作电路正常工作时，弹簧K处于原长状态
B．工作电路正常工作时，B线圈中有感应电流
C．开关S断开瞬间，铁芯能继续吸住铁杆D一小段时间
D．减少线图B的匝数，对电路的延时效果没有影响
变式训练：如图所示，在同一铁芯上绕着两个线圈A、B，单刀双掷开关原来接“1”，现在把它从“1”扳向“2”，则在此过程中，电阻R中的电流方向是( )
A．先由P→Q，再由Q→P B．先由Q→P，再由P→Q
C．始终由Q→P D．始终由P→Q
二、自感现象
1．自感：一个线圈中的电流变化时，它所产生的 磁场在它本身激发出 的现象．
2．通电自感和断电自感的比较
通电自感（图一）
器材要求: L1、L2同规格，R＝RL，L较大
现象: 在S闭合瞬间，L2灯立即 ，L1灯 ，最终 。
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， 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
图一 图二
断电自感（图二）
器材要求: L很大(有铁芯)，RL RLA
现象: 在开关S断开瞬间，LA灯突然 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: 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 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 ，从而使LA灯的发光功率突然变大
3.灯泡亮度的变化
与线圈串联的灯泡（图三）
通电时: 电流逐渐 ，灯泡逐渐变亮
断电时: 电流逐渐 、灯泡逐渐变暗、电流方向不变
图三 图四
与线圈并联的灯泡（图四）
通电时: 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 后逐渐变暗。两种情况灯泡电流方向均 。
4.自感系数：
（1）自感电动势的大小：E＝ ，其中L是线圈的 ，简称自感或电感。
（2）单位： ，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 、形状、圈数以及是否有铁芯等。
例2：如图所示，L是自感很大、电阻不计的线圈，当合上或断开开关S1和S2后，下列情况不可能发生的是( )
A．S2断开，S1合上瞬间，Q灯逐渐亮起来
B．合上S1、S2稳定后，P灯是暗的
C．保持S2闭合，断开S1瞬间，Q灯立即熄灭，P灯闪亮一下再熄灭
D．保持S2闭合，断开S1瞬间，P灯和Q灯都是过一会才熄灭
变式训练：图甲和图乙是教材中演示自感现象的两个电路图，L1和L2为电感线圈．实验时，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关S2，灯A2逐渐变亮，而另一个相同的灯A3立即变亮，最终A2与A3的亮度相同．下列说法正确的是( )
A．图甲中，A1与L1的电阻值相同
B．图甲中，闭合S1，电路稳定后，A1中电流大于L1中电流
C．图乙中，变阻器R与L2的电阻值相同
D．图乙中，闭合S2瞬间，L2中电流与变阻器R中电流相等
三、磁场的能量
（1）线圈中电流从无到有时，磁场从无到有，电源把能量输送给______，储存在_____中。
（2）线圈中电流减小时，____ 中的能量释放出来转化为电能。
（3）自感电动势有阻碍线圈中_______的性质。
例3：（多选）如图所示为无线充电原理图，由与充电基座相连的送电线圈和与手机电池相连的受电线圈构成。当送电线圈通入周期性变化的电流时，就会在受电线圈中感应出电流，从而实现为手机充电。在充电过程中（ ）
A．送电线圈中产生均匀变化的磁场
B．送电线圈中产生周期性变化的磁场
C．送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递
D．手机电池是直流电源，所以受电线圈输出的是恒定电流
课后巩固练习
1、无线充电是近年发展起来的新技术。如图所示，该技术通过交变磁场在发射线圈和接收线圈间传输能量。内置接收线圈的手机可以直接放在无线充电基座上进行充电，下列关于无线充电的说法正确的是（ ）
A．在充电过程中没有电能损失 B．无线充电基座可以用直流电源供电
C．无线充电过程主要利用了电磁感应原理 D．无线充电基座可以对所有手机进行无线充电
2、关于自感现象，下列说法中正确的是（ ）
A．对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感系数也较大
B．线圈中产生的自感电动势较大的其自感系数一定较大
C．感应电流不一定和原电流方向相反
D．对于同一线圈，电流变化越快，线圈中的自感电动势越小
3、如图所示的电路中，A1和A2是完全相同的灯泡，线圈L的电阻可以忽略，下列说法正确的是( )
A．闭合开关S接通电路时，A2始终比A1亮
B．闭合开关S接通电路时，A2先亮，A1后亮，最终A1更亮
C．断开开关S切断电路时，A2先熄灭，A1过一会儿才熄灭
D．断开开关S切断电路时，A1和A2都要过一会儿才熄灭
4、在制作精密电阻时，为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象，采用双线并绕法，如图所示，其道理是（ ）
A．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的自感电动势互相抵消
B．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的感应电流互相抵消
C．因电流反向，两股导线中产生的磁通量互相抵消，没有磁通量的变化
D．以上说法均不对
5、如图所示是研究通电自感实验的电路图，A1、A2是两个规格相同的小灯泡，闭合电键调节滑动变阻器R的滑动触头，使两个灯泡的亮度相同，调节滑动变阻器R1的滑动触头，使他们都正常发光，然后断开电键S。再重新闭合电键S，则（ ）
A．稳定后，L和R两端的电势差一定相同 B．稳定后，A1和A2两端电势差不相同
C．闭合瞬间，A1、A2均立刻变亮 D．闭合瞬间，A1立刻变亮，A2逐渐变亮
6、如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，线圈L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值。在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t＝t1时刻断开开关S。如选项图所示，表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像中，正确的是( )
7、如图所示，A、B是两个完全相同的小灯泡，L是电阻不计、自感系数很大的线圈。下列说法不正确的有（ ）
A．闭合S1，再闭合S2，A灯将变暗 B．闭合S1，再闭合S2，B灯将变暗直至熄灭
C．闭合S1、S2稳定后，再断开S1，A灯将立即熄灭
D．闭合S1、S2稳定后，再断开S1，B灯先亮一下然后变暗直至熄灭
8、如图所示的电路中，L1、L2、L3是三个相同的灯泡，电感L的电阻和电源的内阻可忽略，D为理想二极管。下列判断正确的是（ ）
A．开关K从断开状态突然闭合时，L1逐渐变亮，L2一直不亮，L3立即变亮
B．开关K从断开状态突然闭合时，L1、L3逐渐变亮，L2立即变亮
C．开关K从闭合状态突然断开时，L1、L3逐渐熄灭，L2突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭
D．开关K从闭合状态突然断开时，L1逐渐熄灭，L2突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭，L3立即熄灭
9、课上老师带领同学观察自感现象，如图1所示，线圈L与灯泡A1串联，滑动变阻器R与灯泡A2串联。闭合开关S，灯泡 （选填“A1”、“A2”）立即亮起，灯泡 （选填“A1”、“A2”）缓慢亮起。在图2所示实验中，先闭合开关S使灯泡发光，并设通过线圈L的电流为I1，通过小灯泡的电流为I2，然后断开开关，实验中发现小灯泡闪亮一下再熄灭，这说明I1 I2（填“>”、“<”或“=”）。
（2）为了更好说明自感电动势阻碍线圈的电流变化，老师带领同学用电流传感器（相当于电流表，其电阻可以忽略不计）显示自感对电流的影响，对图3和图4电路，我们观察开关S闭合流过传感器的电流；用图5电路观察开关S断开前后流过传感器的电流。
实验发现：
闭合开关S，图3电路传感器的波形大约如 （选填“甲、乙、丙、丁”）所示；
闭合开关S，图4电路传感器的波形大约如 （选填“甲、乙、丙、丁”）所示；
切断开关S，图5电路中传感器1的波形大约如 （选填“甲、乙、丙、丁”）所示；
切断开关S，图5电路中传感器2的波形大约如 （选填“甲、乙、丙、丁”）所示。
参考答案：
一、感应电动势 互感 互感现象 例1：C 变式训练： A
二、 变化的 感应电动势 亮起来 逐渐变亮 一样亮 阻碍 闪亮 反向 增大 增大 减小 闪亮 改变 L 自感系数 亨利 大小 例2：D 变式训练：C
三、磁场 磁场 磁场 电流变化 例3：BC
课后巩固练习
1、C 2、 C 3、D 4、C
5、A 6、 B 7、A 8、D
9、A2 A1 > 乙 甲 丁 丙
学习目标：1．了解互感现象及互感现象的应用，知道什么是互感现象和自感现象。
2．观察通电自感和断电自感实验现象，通过分析通电自感和断电自感现象。
3．了解自感现象中自感电动势的作用，理解自感系数和自感系数的决定因素。
4．通过对自感现象的研究，了解磁场的能量。
学习过程：
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 ，这种现象叫 ．
2．互感的应用
利用 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．
例1：如图是一种延时继电器的示意图，铁芯上有两个线圈A和B，线圈A跟电源连接，线圈B两端连在一起构成闭合电路，铁质杆D的右端与金属触头C绝缘相连，C连接工作电路，弹簧K可以拉起杆D从而使工作电路断开。下列说法正确的是（ ）
A．工作电路正常工作时，弹簧K处于原长状态
B．工作电路正常工作时，B线圈中有感应电流
C．开关S断开瞬间，铁芯能继续吸住铁杆D一小段时间
D．减少线图B的匝数，对电路的延时效果没有影响
变式训练：如图所示，在同一铁芯上绕着两个线圈A、B，单刀双掷开关原来接“1”，现在把它从“1”扳向“2”，则在此过程中，电阻R中的电流方向是( )
A．先由P→Q，再由Q→P B．先由Q→P，再由P→Q
C．始终由Q→P D．始终由P→Q
二、自感现象
1．自感：一个线圈中的电流变化时，它所产生的 磁场在它本身激发出 的现象．
2．通电自感和断电自感的比较
通电自感（图一）
器材要求: L1、L2同规格，R＝RL，L较大
现象: 在S闭合瞬间，L2灯立即 ，L1灯 ，最终 。
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， 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
图一 图二
断电自感（图二）
器材要求: L很大(有铁芯)，RL RLA
现象: 在开关S断开瞬间，LA灯突然 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: 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 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 ，从而使LA灯的发光功率突然变大
3.灯泡亮度的变化
与线圈串联的灯泡（图三）
通电时: 电流逐渐 ，灯泡逐渐变亮
断电时: 电流逐渐 、灯泡逐渐变暗、电流方向不变
图三 图四
与线圈并联的灯泡（图四）
通电时: 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 后逐渐变暗。两种情况灯泡电流方向均 。
4.自感系数：
（1）自感电动势的大小：E＝ ，其中L是线圈的 ，简称自感或电感。
（2）单位： ，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 、形状、圈数以及是否有铁芯等。
例2：如图所示，L是自感很大、电阻不计的线圈，当合上或断开开关S1和S2后，下列情况不可能发生的是( )
A．S2断开，S1合上瞬间，Q灯逐渐亮起来
B．合上S1、S2稳定后，P灯是暗的
C．保持S2闭合，断开S1瞬间，Q灯立即熄灭，P灯闪亮一下再熄灭
D．保持S2闭合，断开S1瞬间，P灯和Q灯都是过一会才熄灭
变式训练：图甲和图乙是教材中演示自感现象的两个电路图，L1和L2为电感线圈．实验时，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关S2，灯A2逐渐变亮，而另一个相同的灯A3立即变亮，最终A2与A3的亮度相同．下列说法正确的是( )
A．图甲中，A1与L1的电阻值相同
B．图甲中，闭合S1，电路稳定后，A1中电流大于L1中电流
C．图乙中，变阻器R与L2的电阻值相同
D．图乙中，闭合S2瞬间，L2中电流与变阻器R中电流相等
三、磁场的能量
（1）线圈中电流从无到有时，磁场从无到有，电源把能量输送给______，储存在_____中。
（2）线圈中电流减小时，____ 中的能量释放出来转化为电能。
（3）自感电动势有阻碍线圈中_______的性质。
例3：（多选）如图所示为无线充电原理图，由与充电基座相连的送电线圈和与手机电池相连的受电线圈构成。当送电线圈通入周期性变化的电流时，就会在受电线圈中感应出电流，从而实现为手机充电。在充电过程中（ ）
A．送电线圈中产生均匀变化的磁场
B．送电线圈中产生周期性变化的磁场
C．送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递
D．手机电池是直流电源，所以受电线圈输出的是恒定电流
课后巩固练习
1、无线充电是近年发展起来的新技术。如图所示，该技术通过交变磁场在发射线圈和接收线圈间传输能量。内置接收线圈的手机可以直接放在无线充电基座上进行充电，下列关于无线充电的说法正确的是（ ）
A．在充电过程中没有电能损失 B．无线充电基座可以用直流电源供电
C．无线充电过程主要利用了电磁感应原理 D．无线充电基座可以对所有手机进行无线充电
2、关于自感现象，下列说法中正确的是（ ）
A．对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感系数也较大
B．线圈中产生的自感电动势较大的其自感系数一定较大
C．感应电流不一定和原电流方向相反
D．对于同一线圈，电流变化越快，线圈中的自感电动势越小
3、如图所示的电路中，A1和A2是完全相同的灯泡，线圈L的电阻可以忽略，下列说法正确的是( )
A．闭合开关S接通电路时，A2始终比A1亮
B．闭合开关S接通电路时，A2先亮，A1后亮，最终A1更亮
C．断开开关S切断电路时，A2先熄灭，A1过一会儿才熄灭
D．断开开关S切断电路时，A1和A2都要过一会儿才熄灭
4、在制作精密电阻时，为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象，采用双线并绕法，如图所示，其道理是（ ）
A．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的自感电动势互相抵消
B．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的感应电流互相抵消
C．因电流反向，两股导线中产生的磁通量互相抵消，没有磁通量的变化
D．以上说法均不对
5、如图所示是研究通电自感实验的电路图，A1、A2是两个规格相同的小灯泡，闭合电键调节滑动变阻器R的滑动触头，使两个灯泡的亮度相同，调节滑动变阻器R1的滑动触头，使他们都正常发光，然后断开电键S。再重新闭合电键S，则（ ）
A．稳定后，L和R两端的电势差一定相同 B．稳定后，A1和A2两端电势差不相同
C．闭合瞬间，A1、A2均立刻变亮 D．闭合瞬间，A1立刻变亮，A2逐渐变亮
6、如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，线圈L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值。在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t＝t1时刻断开开关S。如选项图所示，表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像中，正确的是( )
7、如图所示，A、B是两个完全相同的小灯泡，L是电阻不计、自感系数很大的线圈。下列说法不正确的有（ ）
A．闭合S1，再闭合S2，A灯将变暗 B．闭合S1，再闭合S2，B灯将变暗直至熄灭
C．闭合S1、S2稳定后，再断开S1，A灯将立即熄灭
D．闭合S1、S2稳定后，再断开S1，B灯先亮一下然后变暗直至熄灭
8、如图所示的电路中，L1、L2、L3是三个相同的灯泡，电感L的电阻和电源的内阻可忽略，D为理想二极管。下列判断正确的是（ ）
A．开关K从断开状态突然闭合时，L1逐渐变亮，L2一直不亮，L3立即变亮
B．开关K从断开状态突然闭合时，L1、L3逐渐变亮，L2立即变亮
C．开关K从闭合状态突然断开时，L1、L3逐渐熄灭，L2突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭
D．开关K从闭合状态突然断开时，L1逐渐熄灭，L2突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭，L3立即熄灭
9、课上老师带领同学观察自感现象，如图1所示，线圈L与灯泡A1串联，滑动变阻器R与灯泡A2串联。闭合开关S，灯泡 （选填“A1”、“A2”）立即亮起，灯泡 （选填“A1”、“A2”）缓慢亮起。在图2所示实验中，先闭合开关S使灯泡发光，并设通过线圈L的电流为I1，通过小灯泡的电流为I2，然后断开开关，实验中发现小灯泡闪亮一下再熄灭，这说明I1 I2（填“>”、“<”或“=”）。
（2）为了更好说明自感电动势阻碍线圈的电流变化，老师带领同学用电流传感器（相当于电流表，其电阻可以忽略不计）显示自感对电流的影响，对图3和图4电路，我们观察开关S闭合流过传感器的电流；用图5电路观察开关S断开前后流过传感器的电流。
实验发现：
闭合开关S，图3电路传感器的波形大约如 （选填“甲、乙、丙、丁”）所示；
闭合开关S，图4电路传感器的波形大约如 （选填“甲、乙、丙、丁”）所示；
切断开关S，图5电路中传感器1的波形大约如 （选填“甲、乙、丙、丁”）所示；
切断开关S，图5电路中传感器2的波形大约如 （选填“甲、乙、丙、丁”）所示。
参考答案：
一、感应电动势 互感 互感现象 例1：C 变式训练： A
二、 变化的 感应电动势 亮起来 逐渐变亮 一样亮 阻碍 闪亮 反向 增大 增大 减小 闪亮 改变 L 自感系数 亨利 大小 例2：D 变式训练：C
三、磁场 磁场 磁场 电流变化 例3：BC
课后巩固练习
1、C 2、 C 3、D 4、C
5、A 6、 B 7、A 8、D
9、A2 A1 > 乙 甲 丁 丙