資源簡介

(共57張PPT)
第二章　電磁感應
4. 互感和自感
核心素養：
1. 了解自感現象和互感現象的概念，了解自感系數由哪些因素決定.（物理觀念）
2. 理解互感和自感現象產生的機理，能解釋有關現象.（科學思維）
3. 通過實驗，觀察開關閉合和斷開時燈泡的發光情況.（科學探究）
4. 在生產和生活中，能利用和防止互感和自感現象.（科學態度與責任）
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研習任務一　互感現象
合作　討論
如圖所示是法拉第實驗線圈.在實驗中，兩個線圈并沒有用導線連接.
　　
（1）當線圈L1中有電流時，另一個線圈L2中是否會產生感應電流？
提示：（1）不一定.當線圈L1中的電流為恒定電流時，在其周圍空間產生的磁場不 變，則在另一個線圈L2中就不會產生感應電流.只有當線圈L1中的電流變化時，在其 周圍空間產生變化的磁場，此時會在另一個線圈L2中產生感應電流.
（2）當線圈L1中的電流變化時，在另一個線圈L2中為什么會產生感應電動勢呢？
提示：（2）當線圈L1中的電流變化時，穿過兩個線圈的磁通量都會變化，在另一個 線圈L2中就會產生感應電動勢.
教材　認知
互感和互感電動勢
兩個相互靠近但導線不相連的線圈，當一個線圈中的 變化時，它所產生 的 會在另一個線圈中產生感應電動勢，這種現象叫作互感，這種感應 電動勢叫作 .
電流　
變化的磁場　
互感電動勢　
要點　歸納
1. 規律
一個線圈中電流變化越快（電流的變化率越大），另一個線圈中產生的感應電 動勢越大.
2. 應用與危害
（1）應用：變壓器、收音機的磁性天線都是利用互感現象制成的.
（2）危害：在電力工程和電子電路中，互感現象有時會影響電路的正常工作，這時 要設法減小電路間的互感.例如在電路板的刻制時就要設法減小電路間的互感現象.
研習　經典
　
AC
A. 送電線圈中電流產生的磁場呈周期性變化
B. 受電線圈中感應電流產生的磁場恒定不變
C. 送電線圈和受電線圈通過互感現象實現能量傳遞
D. 手機和基座無需導線連接，這樣傳遞能量沒有損失
解析：由于送電線圈輸入的是正弦式交變電流，是周期性變化的，因此產生的磁場也 是周期性變化的，A正確，B錯誤；變壓器原、副線圈是通過互感現象實現能量傳遞 的，因此送電線圈和受電線圈也是通過互感現象實現能量傳遞的，C正確；手機與基 座無需導線連接就能實現充電，但磁場能有一部分以電磁波輻射的形式損失掉，因此 這樣傳遞能量是有能量損失的，D錯誤.
名師點評
　　解決此類問題一定要注意互感現象也是一種電磁感應現象，要靈活運用電磁感應 和楞次定律的相關知識來解決問題.
對應　訓練
A. 自感 B. 靜電感應
C. 互感 D. 直接導電
解析：小螺線管與音樂播放器相連，小螺線管的線圈中輸入了音頻信號；當把小螺線 管插入大螺線管中時音樂就會從音箱中響起來，說明大螺線管中激發出了感應電流， 是互感現象.故C正確，A、B、D錯誤.
C
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研習任務二　自感現象
合作　討論
讓幾位同學“串聯”在電路中，電源只需1節干電池即可.進行如下操作后請談一下自 己的體驗.
（1）閉合開關S前；
提示：（1）無感覺；
（2）閉合開關S后；
提示：（2）無感覺；
（3）斷開開關S瞬間.
提示：（3）突然感覺到電擊.
原因：開關斷開發生斷電自感現象，瞬間回路中產生較大的自感電動勢，所以會有電 擊的感覺.
請思考一下一節干電池何以使這么多同學有如此的感受？
教材　認知
1. 自感和自感電動勢
當一個線圈中的 變化時，它所產生的變化的磁場在 激發出感應 電動勢，這種現象稱為自感.由于自感而產生的感應電動勢叫作 .
電流　
線圈本身　
自感電動勢　
2. 通電自感
（1）電路：如圖所示.
（2）現象
接通電源的瞬間，燈泡A1 地亮起來.
（3）原理
閉合開關的瞬間，電流從 到 ，線圈L中產生 .根據楞次定 律，感應電動勢會 電流的增加.
較慢　
無　
有　
感應電動勢　
阻礙　
3. 斷電自感
（1）電路：如圖所示.
（2）現象
斷開開關的瞬間，燈泡A 變暗，有時燈泡A會 一下，然后 變暗.
逐漸　
閃亮　
逐漸　
（3）原理
斷開開關的瞬間，電流從 到 ，線圈L中產生 .根據楞次定 律，感應電動勢會 電流的減小.
有　
無　
感應電動勢　
阻礙　
要點　歸納
1. 自感現象的規律
自感現象也是電磁感應現象，也符合楞次定律，可表述為自感電動勢總要阻礙引起自 感的原電流的變化.
（1）當原電流增加時，自感電動勢阻礙原電流的增加，方向與原電流方向相反.
（2）當原電流減小時，自感電動勢阻礙原電流的減小，方向與原電流方向相同.
（3）自感電動勢總要阻礙引起自感的原電流的變化，但阻礙不是阻止，只是變化得 慢了.
2. 自感現象的分析思路
（1）明確通過自感線圈的電流大小的變化情況（是增大還是減小）.
（2）根據“增反減同”，判斷自感電動勢的方向.
（3）分析阻礙的結果：當電流增強時，由于自感電動勢的作用，線圈中的電流逐漸 增大，與線圈串聯的元件中的電流也逐漸增大；當電流減小時，由于自感電動勢的作 用，線圈中的電流逐漸減小，與線圈串聯的元件中的電流也逐漸減小.
3. 通電自感和斷電自感的比較
項目 與線圈串聯的燈泡 與線圈并聯的燈泡
電路圖
通電時 電流逐漸增大，燈泡逐漸變亮 電流I1突然變大，然后逐漸減小達到穩定
斷電時 電流逐漸減小，燈泡逐漸變 暗，電流方向不變 電路中穩定電流為I1、I2
①若I2≤I1，燈泡逐漸變暗；
②若I2＞I1，燈泡閃亮一下后逐漸變暗；
兩種情況燈泡電流方向均改變
研習　經典
D
A. 再次閉合開關S時，A1先亮，A2后亮
B. 再次閉合開關S時，A1和A2同時亮
C. 再次閉合開關S，待電路穩定后，重新斷開開關S，
A2立刻熄滅，A1過一會兒熄滅
D. 再次閉合開關S，待電路穩定后，重新斷開開關S，
A1和A2都要過一會兒才熄滅
解析：再次閉合開關S時，滑動變阻器R不產生感應電動勢，燈泡A2立刻正常發光， 線圈的電流增大，產生自感電動勢，根據楞次定律得知，感應電動勢阻礙電流的增 大，使得電流逐漸增大，A1燈逐漸亮起來，故A、B錯誤；再次閉合開關S，待電路穩 定后，重新斷開開關S，由于L產生自感，A1和A2與L、R構成一個閉合自感回路，A1 和A2都要過一會兒才熄滅，故C錯誤，D正確.
名師點評
　　自感現象也是一種電磁感應現象，線圈產生的自感電動勢通過阻礙電流的變化來 阻礙磁通量的變化，所以電流會慢慢地增大，也會慢慢地減小.
對應　訓練
D
解析：當開關斷開時，燈泡中原來的電流I1立即消失，但是L由于自感要阻礙自身電 流的減小，L中的電流由I2逐漸減小，由于L與燈泡組成回路，L中的電流要經過燈 泡，所以燈泡中的電流突然變為I2且為反方向，然后逐漸減小到0，由于規定通過燈 泡的電流向右為正，所以此時流過燈泡的電流方向為負.故選D.
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研習任務三　自感系數、自感現象中的能量轉化
教材　認知
2. 自感系數
自感系數與線圈的 、 、 ，以及是否有 等因 素有關.
電流的變化率　
自感系數
亨利　
H　
大小　
形狀　
匝數　
鐵芯　
3. 自感現象中的磁場能量
（1）線圈中的電流從無到有，其中的磁場也是從無到有，電源把能量輸送給 ，
儲存在 中.
（2）開關斷開，線圈中的電流并未立即消失，線圈中有電流，有電流就有 ，能量儲存在磁場中.線圈中電流減小時，磁場中的 釋放出來轉化為電能.
4. 電的“慣性”：自感電動勢有阻礙線圈中 的“慣性”.
磁場
磁場　
磁場
能量　
電流變化　
知識　構建
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課后提素養 深刻剖析 提升能力
基礎　題組
1. 判斷正誤.
×
×
×
√
√
A. 對于同一線圈，當電流變化較快時，線圈中的自感系數也較大
B. 線圈中產生的自感電動勢較大的其自感系數一定較大
C. 感應電流方向不一定和原電流方向相反
D. 對于同一線圈，電流變化越快，線圈中的自感電動勢越大
解析：自感系數是由線圈本身的特性決定的，與自感電動勢的大小、電流變化快慢無 關，A、B錯誤.根據楞次定律可知，當原電流增大時，感應電流與原電流方向相反； 當原電流減小時，感應電流與原電流方向相同，C正確.根據法拉第電磁感應定律， 電流變化越快時，磁通量變化越快，自感系數不變，自感電動勢越大，D正確.
CD
A. 電感一定時，電流變化越大，自感電動勢越大
B. 電感一定時，電流變化越快，自感電動勢越大
C. 通過線圈的電流為零的瞬間，自感電動勢為零
D. 通過線圈的電流為最大值的瞬間，自感電動勢最大
B
中檔　題組
A. 圖1中，A1與L1的電阻值相同
B. 圖1中，閉合S1，電路穩定后，A1中電流大于L1中電流
C. 圖2中，變阻器R與L2的電阻值相同
D. 圖2中，閉合S2瞬間，L2中電流與變阻器R中電流相等
C
解析：在圖1中斷開S1瞬間，燈A1突然閃亮，說明斷開S1前，L1中的電流大于A1中的 電流，故L1的阻值小于A1的阻值，A、B錯誤；在圖2中，閉合S2瞬間，由于L2的自感 作用，通過L2的電流很小，D錯誤；閉合S2后，最終A2與A3亮度相同，說明兩支路電 流相等，故R與L2的阻值相同，C正確.
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. 電路穩定后，在S斷開瞬間，A閃亮一下，然后逐漸熄滅
D. 電路穩定后，在S斷開瞬間，A、B都是熄滅狀態
解析：閉合瞬間線圈相當于斷路，二極管為正向電壓，故電流可通過燈泡A、B，即 燈泡A、B同時亮，故選項A、B錯誤；因線圈直流電阻忽略不計，則當電路穩定后， 燈泡A被短路而熄滅，當開關S斷開瞬間B立刻熄滅，線圈中的電流也不能反向通過二 極管，則燈泡A仍是熄滅的，故C錯誤，D正確.
D
A. 滑動變阻器R的阻值小于自感線圈L的直流電阻阻值
B. 滑動變阻器R的阻值大于自感線圈L的直流電阻阻值
C. 斷開S，燈D2閃亮后逐漸熄滅，且電流方向與閉合S時一樣
D. 斷開S，燈D1逐漸熄滅，且電流方向與閉合S時相反
解析：兩燈相同，最終D1比D2亮，可見D1支路的電阻小于D2支路的電阻，即知滑動 變阻器R的阻值小于自感線圈L的直流電阻阻值，故A正確，B錯誤；斷開S，線圈中的 電流從原電流開始減小，燈D1、D2及線圈組成串聯電路，由于D2斷開前與線圈串 聯，故D2從原電流減小，將逐漸熄滅，且電流方向與閉合S時相同，D1逐漸熄滅，且 電流方向與閉合S時相反，故C錯誤，D正確.
AD
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課時作業（八）
[基礎訓練]
A. 若A線圈中輸入電流，B線圈中就會產生感應電動勢
B. 只有A線圈中輸入變化的電流，B線圈中才會產生感應電動勢
C. A中電流越大，B中感應電動勢越大
D. A中電流變化越快，B中感應電動勢越大
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A. 當開關S突然閉合時，A燈泡馬上亮，B燈泡逐漸亮
B. 當開關S突然閉合時，A、B燈泡均馬上亮，之后B燈泡逐漸熄 滅，A燈泡變得更亮
C. 當開關S由閉合變為斷開時，A燈泡逐漸熄滅，B燈泡閃亮之后再 熄滅
D. 當開關S由閉合變為斷開時，A燈泡馬上熄滅，B燈泡閃亮之后再 熄滅
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解析：剛閉合S時，電源的電壓同時加到兩燈上，A、B同時亮，隨著L中電流增大， 由于線圈L直流電阻幾乎為0，分流作用增大，B逐漸被短路直到熄滅，外電路總電阻 減小，總電流增大，A燈變得更亮，A錯誤，B正確；燈泡B與線圈L構成閉合回路， 所以穩定后再斷開開關S后，流過L的電流會流到燈泡B，則燈泡B由暗變亮（閃一 下）再逐漸熄滅，燈泡A立即熄滅，C錯誤，D正確.
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A. RL＞RA
B. RL＜RA
C. 斷開開關S的瞬間，小燈泡A中的電流方向為a→b
D. 斷開開關S的瞬間，小燈泡A中的電流方向為b→a
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解析：穩定時，燈泡A與線圈L并聯，故兩者電壓相等，通過線圈的電流為I1，通過小 燈泡的電流為I2，由于穩定后再斷開開關S，小燈泡A閃亮一下，這是因為線圈L產生 的自感電動勢阻礙磁通量減小，這時線圈L相當于電源，電流突然增大到原來線圈L的 電流I1，所以可以判斷I1＞I2，結合歐姆定律可知，線圈L的電阻小于燈泡A的電阻，A 錯誤，B正確；在斷開開關瞬間，線圈L中產生自感電動勢，線圈L相當于電源，線圈 L右端為電源正極，此時燈泡中的電流為b→a，C錯誤，D正確.
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A. 無線充電效率高，線圈不發熱
B. 無線充電基座可以用穩恒直流電源供電
C. 無線充電過程主要利用了互感現象
D. 無線充電基座可以對所有手機進行無線充電
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解析：接收線圈的磁通量只是發射線圈產生的一部分，則無線充電效率低；充電時線 圈中有電流，根據電流的熱效應，可知線圈會發熱，故A錯誤.如果無線充電基座用 穩恒直流電源供電，則接收線圈的磁通量不變，不能產生感應電流，無法對手機充 電，故B錯誤.無線充電過程主要利用互感現象來實現能量傳遞，故C正確.如果手機 內沒有接收線圈，則無線充電基座不可以對手機進行充電，故D錯誤.
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A. 當電路中的電流變化時，兩股導線中產生的自感電動勢相互抵消
B. 當電路中的電流變化時，兩股導線中產生的感應電流相互抵消
C. 當電路中的電流變化時，電流的變化量相互抵消
D. 當電路中的電流變化時，兩股導線中產生的磁通量相互抵消
解析：由于采用了雙線繞法，兩根平行導線中的電流反向，它們的磁場相互抵消.不 論導線中的電流如何變化，線圈中的磁通量始終為零，所以消除了自感現象的影響， 故選D.
D
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A. 產生電火花的回路只由導線與電池組成
B. 導線端向兩個方向劃動都能產生電火花
C. 銼刀采用什么材料制成對實驗沒有影響
D. 自感電動勢的方向與導線端劃動的方向無關
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解析：由圖可知，產生電火花的回路由導線、銼刀與電池組成，故A錯誤；手執導線 的另一端，在銼刀上來回劃動時產生的電火花，是由于電路時通時斷，在回路中產生 自感電動勢與導線運動的方向無關，即導線端向兩個方向劃動都能產生電火花，故B 正確；產生電火花的回路由導線、銼刀與電池組成，如果銼刀是絕緣體，則實驗不能 完成，故C錯誤；自感電動勢的方向與導線端劃動的方向無關，故D正確.故選BD.
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A. 開關S閉合的瞬間電流計指針向右偏轉
B. 開關S由閉合到斷開的瞬間電流計指針向左偏轉
C. B線圈中產生的感應電流是一種自感現象
D. 開關斷開、閉合過程中的這種現象是一種互感現象
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解析：在閉合開關S時，根據右手螺旋定則可知，穿過線圈B的磁通量增大，且沿順 時針方向，由楞次定律可得，感應電流盤旋而上，電流計指針將向右偏，故A正確； 開關S由閉合到斷開的瞬間，根據右手螺旋定則可知，穿過線圈B的磁通量減小，且 沿順時針方向，由楞次定律可得，感應電流盤旋而下，電流計指針將向左偏，故B正 確；B中產生的電流，是因為A中的電流變化時產生的變化磁場穿過B，在B中產生電 流，所以并不是自感現象，故C錯誤；開關斷開、閉合過程中是由于A中的電流變化 時產生的變化磁場穿過B，在B中產生電流，所以是一種互感現象，故D正確.
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[能力提升]
A. 電源的電動勢較小
B. 線圈的自感系數較大
C. 線圈電阻較大
D. 小燈泡電阻較大
解析：斷電時，發生自感，線圈與燈泡構成回路，流過線圈的電流流過了燈泡，發生 閃亮的條件是原來流過線圈的電流大于流過燈泡的電流.所以未閃亮的原因是原來流 過線圈的電流小于流過燈泡的電流，即線圈電阻較大.
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解析：開關S斷開前，通過燈泡D的電流是穩定的，其值為1 A；開關S斷開的瞬間， 自感線圈的支路由于自感現象會產生與線圈中原電流方向相同的感應電動勢，使線圏 中的電流從原來的2 A逐漸減小，方向不變，且同燈泡D構成回路，通過燈泡D的電流 和線圈L中的電流相等，也應該是從2 A逐漸減小到零，但是方向與原來通過燈泡D的 電流方向相反.故選D.
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解析：閉合開關S瞬間，電流傳感器中電流立即達到某一數值，然后線圈L中電流逐漸 增大，電路中總電流增大，外電壓逐漸減小，所以通過電流傳感器的電流逐漸減小， 電路穩定后，外電路電阻不變，外電壓不變，通過電流傳感器的電流不變；因為線圈 的直流電阻值大于燈泡D的阻值，穩定后，通過線圈的電流小于通過電流傳感器的電 流.t＝t1時刻斷開開關S，由于自感現象，原來通過線圈L的電流從左向右流過電流傳 感器，逐漸減小.D圖符合題中情況，D正確.
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A. 接通開關S，A立即變亮，最后A、B一樣亮
B. 接通開關S，B逐漸變亮，最后A、B一樣亮
C. 斷開開關S，A、B都立刻熄滅
D. 斷開開關S，A立刻熄滅，B逐漸熄滅
解析：接通開關S，電容器被充電，所以充電電流流過A立即變亮；電感線圈由于阻 礙電流增大，而產生自感電動勢，B逐漸變亮，最后A、B一樣亮，A、B正確，不符 合題意.斷開開關S，電容器、線圈及燈泡B組成回路，電容器放電，線圈阻礙電流減 小而產生自感電動勢，B逐漸熄滅，沒有電流通過A燈泡，A立刻熄滅，C錯誤，符合 題意，D正確，不符合題意.
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A. 由于A線圈的電磁感應作用，才產生延時釋放D的作用
B. 由于B線圈的電磁感應作用，才產生延時釋放D的作用
C. 如果斷開B線圈的開關S2，仍有延時作用
D. 如果斷開B線圈的開關S2，延時將變長
解析：當S1斷開時，通過線圈B中的磁通量變小，從而出現感應電流，致使F中仍有磁 性，延遲一段時間才被釋放.所以由于B線圈的電磁感應作用，才產生延時釋放D的作 用，故A錯誤，B正確.若斷開B線圈的開關S2，當S1斷開，F中立即沒有磁性，所以沒 有延時功能，故C、D錯誤.故選B.
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