学案新人教版选修3_2.doc

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1、13.1.6 互感和自感学习目标 核心提炼1.了解互感现象及互感现象的应用。2.了解自感现象，认识自感电动势对电路中电流的影响，并能对含线圈的电路进行分析。3.了解自感系数的意义和决定因素。4.知道磁场具有能量。2 种现象互感现象和自感现象2 个概念自感电动势、自感系数2 个重点通电、断电现象的成因一、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.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.危害：互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间、电力工程和电子电路

2、中，有时会影响电路的正常工作。思维拓展如图 1 是法拉第实验线圈。在实验中，两个线圈并没有用导线连接。图 1(1)当其中一个线圈中有电流时，另一个线圈中是否会产生感应电流？(2)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？提示 (1)不一定。当线圈中的电流为恒定电流时，在其周围空间产生的磁场不变，则在另一个线圈中就不会产生感应电流。只有当线圈中的电流变化时，在其周围空间产生变化的磁场，此时会在另一个线圈中产生感应电流。(2)当一个线圈中的电流变化时，穿过两个线圈的磁通量都会变化，在另一个线圈中就会产生感应电动势。2二、自感现象1.定义：当一个线圈中的电流发生变化时，它产生

3、的变化的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也在它本身激发出感应电动势的现象叫自感。图 22.自感电动势对电流的作用：电流增加时，自感电动势阻碍电流的增加；电流减小时，自感电动势阻碍电流的减小。实验 1：演示通电自感现象实验电路如图 2 所示，开关 S 接通时，可以看到灯泡 2 立即发光，而灯泡 1 是逐渐亮起来的。实验 2：演示断电自感现象。图 3实验电路如图 3 所示，线圈 L 的电阻比灯泡的电阻小，接通电路，灯泡正常发光后，迅速断开开关 S，可以看到灯泡闪亮一下再逐渐熄灭。3.自感系数(1)自感电动势的大小： E L ，式中 L 是比例系数，叫作自感系数，简称自感或电感。 I t

4、(2)决定因素：线圈的大小、形状、圈数以及是否有铁芯等。(3)单位：亨利，简称亨，符号是 H。常用单位还有毫亨(mH)、微亨(H)。1 H10 3 mH10 6 H。思考判断(1)自感现象中，感应电流方向一定和原电流方向相反。()(2)线圈中产生的自感电动势较大时，其自感系数一定较大。()(3)对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感电动势较大。()(4)一个线圈中的电流均匀增大，自感电动势也均匀增大。()3三、磁场的能量1.自感现象中的磁场能量(1)线圈中电流从无到有时：磁场从无到有，电源的能量输送给磁场，储存在磁场中。(2)线圈中电流减小时：磁场中的能量释放出来转化为电能。2.电的“惯

5、性”：自感电动势有阻碍线圈中电流变化的“惯性” 。对互感现象的理解要点归纳1.互感现象是一种常见的电磁感应现象，它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且可以发生于任何相互靠近的电路之间。2.互感现象可以把能量由一个电路传到另一个电路。变压器就是利用互感现象制成的。3.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，这时要求设法减小电路间的互感。精典示例例 1 (多选)如图 4 所示是一种延时装置的原理图，当 S1闭合时，电磁铁 F 将衔铁 D 吸下，C 线路接通；当 S1断开时，由于电磁感应作用， D 将延迟一段时间才被释放。则( )图 4A.由于 A 线圈的电磁感应作用，才产

6、生延时释放 D 的作用B.由于 B 线圈的电磁感应作用，才产生延时释放 D 的作用C.如果断开 B 线圈的开关 S2，无延时作用D.如果断开 B 线圈的开关 S2，延时将变化解析 线圈 A 中的磁场随开关 S1的闭合而产生，随 S1的断开而消失。当 S1闭合时，线圈A 中的磁场穿过线圈 B，当 S2闭合，S 1断开时，线圈 A 在线圈 B 中的磁场变弱，线圈 B 中有感应电流， B 中电流的磁场继续吸引 D 而起到延时的作用，所以选项 B 正确，A 错误；若 S2断开，线圈 B 中不产生感应电流而起不到延时作用，所以选项 C 正确，D 错误。答案 BC4针对训练 1 在同一铁芯上绕着两个线圈，

7、单刀双掷开关原来接在点“1” ，现把它从“1”扳向“2” ，如图 5 所示，试判断在此过程中，在电阻 R 上的电流方向是( )图 5A.先由 P Q，再由 Q PB.先由 Q P，再由 P QC.始终由 Q PD.始终由 P Q解析 S 从“1”扳开瞬间， B 中磁通量减小，由楞次定律得电流 Q P；接触“2”的瞬间，B 中磁通量增加，产生电流 Q P，故选项 C 正确。答案 C对自感现象的理解要点归纳1.自感现象的特点(1)自感现象是由于通过导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。(2)自感电动势的作用：总是阻碍导体中原电流的变化，即总是起着推迟电流变化的作用。(3)自感电动势的方向：自

8、感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化，当原来电流增大时，自感电动势与原来电流方向相反；当原来电流减小时，自感电动势与原来电流方向相同，同样遵循“增反减同”的规律。2.通电自感与断电自感比较与线圈串联的灯泡 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 电流立刻变大，灯泡变亮，然后逐渐变暗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若 I2 I1，灯泡逐渐变暗若 I2 I1，灯泡闪亮后逐渐变暗5两种情况灯泡中电流方向均改变精典示例例 2 (多选)如图 6 所示的电路中，A、B 为两个完全相同的灯泡， L 是自感系数很大的线圈，其电阻与 R 相等，下列说法正

9、确的是( )图 6A.在断开 S2的情况下，若突然闭合 S1时，A、B 灯均逐渐亮起来B.在断开 S2的情况下，若突然闭合 S1时，A 灯立即发光，B 灯逐渐亮起来C.闭合 S1、S 2待电路稳定后，若突然断开 S1，则 A、B 灯均不会立即熄灭D.闭合 S1、S 2待电路稳定后，若突然断开 S1，则 A 灯不会立即熄灭，而 B 灯立即熄灭解析 在断开 S2的情况下，若突然闭合 S1时，由于线圈的自感现象，出现自感电动势阻碍电流的增大，则 A 灯立即亮，B 灯逐渐亮，A 错误，B 正确；当同时闭合 S1、S 2，待电路稳定后突然将 S1断开，B 灯立即熄灭，因自感现象， L 与 A 组成回路，

10、A 灯不会立即熄灭，而是逐渐熄灭，故选项 C 错误，D 正确。答案 BD自感线圈对电流的变化有阻碍作用，具体表现为(1)通电瞬间自感线圈处相当于断路。(2)断电时，自感线圈相当于电源，其电流由原值逐渐减小，不会发生突变(必须有闭合回路)。(3)电流稳定时自感线圈相当于导体，若其直流电阻忽略不计，则相当于导线。针对训练 2 如图 7 所示的电路中，S 闭合且稳定后流过电感线圈的电流是 2 A，流过灯泡的电流是 1 A，现将开关 S 突然断开，S 断开前后，能正确反映流过灯泡的电流 i 随时间t 变化关系的图象是( )6图 7解析 开关 S 断开前，通过灯泡 D 的电流是稳定的，其值为 1 A。开

11、关 S 断开瞬间，自感线圈的支路由于自感现象会产生与线圈中原电流方向相同的感应电动势，使线圈中的电流从原来的 2 A 逐渐减小，方向不变，且同灯泡 D 构成回路，通过灯泡 D 的电流和线圈 L 中的电流相同，也应该是从 2 A 逐渐减小到零，但是方向与原来通过灯泡 D 的电流方向相反，选项 D 正确。答案 D1.(自感电动势的理解)关于线圈中自感电动势大小的说法正确的是( )A.电感一定时，电流变化越大，自感电动势越大B.电感一定时，电流变化越快，自感电动势越大C.通过线圈的电流为零的瞬间，自感电动势为零D.通过线圈的电流为最大值的瞬间，自感电动势最大解析 电感一定时，电流变化越快， 越大，由

12、 E L 知，自感电动势越大，选项 A 错 I t I t误，B 正确；线圈中电流为零时，电流的变化率不一定为零，自感电动势不一定为零，选项 C 错误；当通过线圈的电流最大时，电流的变化率为零，自感电动势为零，选项 D 错误。答案 B2.(两种自感现象)如图 8 甲和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( )7图 8A.图甲中，A 1与 L1的电阻值相同B.图甲中，闭合 S1，电路稳定后，A 1中电

13、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 中电流相等解析 图甲中，开关 S1断开瞬间，灯 A1突然闪亮，随后逐渐变暗，说明电路闭合稳定时IL1 IA1，故 RL1 RA1，选项 A、B 错误；图乙中，电路稳定后 A2与 A3的亮度相同，说明两支路电流相等，故 R RL2，选项 C 正确；闭合 S2瞬间， L2对电流的变化起阻碍作用， L2所在支路的电流小于滑动变阻器所在支路的电流，选项 D 错误。答案 C3.(两种自感现象)(多选)如图 9 所示的电路中，A 1和 A2是完全相同的灯泡，线圈 L 的电阻可以忽略不计，下列

14、说法正确的是( )图 9A.合上开关 S 接通电路时，A 2先亮 A1后亮，最后一样亮B.合上开关 S 接通电路时，A 1和 A2始终一样亮C.断开开关 S 切断电路时，A 2立即熄灭，A 1过一会熄灭D.断开开关 S 切断电路时，A 1和 A2都要过一会才熄灭解析 S 闭合接通电路时，A 2支路中的电流立即达到最大，A 2先亮；由于线圈的自感作用，A1支路电流增加的慢，A 1后亮。A 1中的电流稳定后，线圈的阻碍作用消失，A 1与 A2并联，亮度一样，选项 A 正确，B 错误；S 断开时， L 和 A1，A 2组成串联的闭合回路，A 1和 A2亮度一样，由于 L 中产生自感电动势阻碍 L 中

15、原电流的消失，使 A1和 A2过一会才熄灭，故选项 C 错误，D 正确。8答案 AD4.(自感的图象分析)如图 10 中 L 是绕在铁芯上的线圈，它与电阻 R、 R0、开关 S1、S 2和电池 E 构成闭合回路，开关 S1和 S2开始都处在断开状态。设在 t0 时刻，接通开关 S1，经过一段时间，在 t t1时刻，再接通开关 S2，则能较准确表示电阻 R 两端的电势差 Uab随时间 t 变化的图线的是( )图 10解析 在 t0 时刻，接通开关 S1，由于通电自感现象，电阻 R 的电流逐渐增大，故 Uab随时间 t 逐渐增大；在 t t1时刻，再接通开关 S2，则线圈与 R 构成的部分电路被短

16、路，但由于线圈的断电自感，该部分电路的电流要逐渐减小，故 Uab随时间 t 逐渐减小，由楞次定律可知电势差正负不变，A 正确。答案 A基础过关1.(多选)关于互感现象，下列说法正确的是( )A.两个线圈之间必须有导线相连，才能产生互感现象B.互感现象可以把能量从一个线圈传到另一个线圈9C.互感现象都是有益的D.变压器是利用互感现象制成的解析 两个线圈之间没有导线相连，也能产生互感现象，选项 A 错误；互感现象可以把能量从一个线圈传到另一个线圈，选项 B 正确；互感现象不都是有益的，有时会影响电路的正常工作，选项 C 错误；变压器是利用互感现象制成的，选项 D 正确。答案 BD2.关于线圈的自感

17、系数，下列说法正确的是( )A.线圈的自感系数越大，自感电动势就一定越大B.线圈中电流等于零时，自感系数也等于零C.线圈中电流变化越快，自感系数越大D.线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定解析 线圈的自感系数是由线圈本身的因素及有无铁芯决定的，与有无电流、电流变化情况都没有关系，故选项 B、C 错误，D 正确；自感电动势的大小除了与自感系数有关，还与电流的变化率有关，故选项 A 错误。答案 D3.一个线圈中的电流均匀增大，这个线圈的( )A.磁通量均匀增大B.自感系数均匀增大C.自感系数、自感电动势都均匀增大D.自感系数、自感电动势、磁通量都不变解析 线圈中电流均匀增大时，磁通量均匀增

18、大，自感电动势不变，自感系数不变，选项A 正确。答案 A4.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，采用双线并绕的方法，如图 1 所示。其道理是( )图 1A.当电路中的电流变化时，两股导线产生的自感电动势相互抵消10B.当电路中的电流变化时，两股导线产生的感应电流相互抵消C.当电路中的电流变化时，两股导线中原电流的磁通量互相抵消D.以上说法都不对解析 由于采用双线并绕的方法，当电流通过时，两股导线中的电流方向是相反的，不管电流怎样变化，任何时刻两股电流总是等大反向的，所产生的磁通量也是等大反向的，故总磁通量等于零，在该线圈中不会产生电磁感应现象，因此消除了自感，选项

19、 A、B 错误，C 正确。答案 C5.(多选)如图 2 所示的电路中，线圈 L 的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计，A、B 是两个相同的灯泡，下列说法正确的是( )图 2A.S 闭合后，A、B 同时发光且亮度不变B.S 闭合后，A 立即发光，然后又逐渐熄灭C.S 断开的瞬间，A、B 同时熄灭D.S 断开的瞬间，A 再次发光，然后又逐渐熄灭解析 线圈对变化的电流有阻碍作用，开关接通时，A、B 串联，同时发光，但电流稳定后线圈的直流电阻忽略不计，使 A 被短路，所以选项 A 错误，B 正确；开关断开时，线圈产生自感电动势，与 A 构成回路，A 再次发光，然后又逐渐熄灭，所以选项 C 错误，D 正

20、确。答案 BD6.如图 3 所示，两个电阻阻值均为 R，电感线圈 L 的电阻及电池内阻均可忽略不计，S 原来断开，电路中电流 I0 。现将 S 闭合，于是电路中产生了自感电动势，此自感电动势的E2R作用是( )图 311A.使电路的电流减小，最后由 I0减小到零B.有阻碍电流增大的作用，最后电流小于 I0C.有阻碍电流增大的作用，因而电流总保持不变D.有阻碍电流增大的作用，但电流最后还是变为 2I0解析 S 闭合，电路中电阻减小，电流增大，线圈产生的自感电动势的作用是阻碍原电流的增大，选项 A 错误；阻碍电流增大，不是不让电流增大，而是让电流增大的速度变慢，选项 B、C 错误；最后达到稳定时，

21、电路中电流 I 2 I0，故选项 D 正确。ER答案 D能力提升7.(多选)如图 4 所示，电池的电动势为 E，内阻不计，线圈自感系数较大，直流电阻不计，当开关 S 闭合后，下列说法正确的是( )图 4A.a、 b 间电压逐渐增加，最后等于 EB.b、 c 间电压逐渐增加，最后等于 EC.a、 c 间电压逐渐增加，最后等于 ED.电路中电流逐渐增加，最后等于ER解析 由于线圈的自感作用，开关闭合的瞬间，自感的阻碍作用非常大，电路中的电流从零逐渐增加直到稳定，大小为 ；所以开始时 a、 b 间的电压等于 E，然后逐渐减小到零；ER开始时 R 上的电压为零，然后逐渐增加直到等于 E。答案 BD8.

22、如图 5 所示电路中，当电键 S 断开瞬间( )图 5A.流经 R2的电流方向向右，流经 L 的电流方向向左12B.流经 R2的电流方向向左，流经 L 的电流方向向右C.流经 R2和 L 的电流方向都向右D.流经 R2和 L 的电流方向都向左解析 电键 S 断开瞬间，线圈内产生自感电动势，相当于电源，与 R2、 、 构成回路，且流经线圈的电流只能从原值开始缓慢减小，故只有 A 项正确。答案 A9.(多选)如图 6 所示，电阻 R13 ， R26 ，线圈的电阻不计，电源电动势 E5 V，内阻 r1 。开始时，开关 S 闭合，则( )图 6A.断开 S 前，电容器所带电荷量为零B.断开 S 前，电

23、容器两板间的电压为 V103C.断开 S 的瞬间，电容器 a 板带上正电D.断开 S 的瞬间，电容器 b 板带上正电解析 断开开关前，电容器两端的电压等于线圈两端的电压，线圈没有电阻，线圈两端电压为零，所以电容器的两板间电压为零，所带的电荷量为零，选项 A 正确，B 错误；断开开关，线圈相当于电源给电容器充电，使 a 板带正电， b 板带负电，选项 C 正确，D 错误。答案 AC10.在如图 7 所示的电路中电源内阻不能忽略，两个相同的小灯泡 L1和 L2分别串联一个带铁芯的电感线圈 L 和一个滑动变阻器 R。闭合开关 S 后，调整 R，使 L1和 L2发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均

24、为 I。然后，断开 S。若 t时刻再闭合 S，则在 t前后的一小段时间内，正确反映流过 L1的电流 i1、流过 L2的电流 i2随时间 t 变化的图象是( )13图 7解析 闭合开关 S 后，调整 R，使两个灯泡 L1、L 2发光的亮度一样，电流为 I，说明RL R。若 t时刻再闭合 S，流过电感线圈 L 和灯泡 L1的电流迅速增大，使电感线圈 L 产生自感电动势，阻碍了流过 L1的电流 i1增大，直至到达电流 I，故选项 A 错误，B 正确；而对于 t时刻再闭合 S，流过灯泡 L2的电流 i2立即达到最大，然后逐渐减小至电流 I，故选项 C、D 错误。答案 B11.如图 8 所示的电路中，电

25、源的电动势为 E，内阻为 r，自感线圈 L 的电阻不计，电阻 R的阻值大于灯泡 D 的阻值，在 t0 时刻闭合开关 S，经过一段时间后，在 t t1时刻断开S，下列表示 A、 B 两点间电压 UAB随时间 t 变化的图象正确的是( )图 8解析 在 t0 时刻闭合开关 S，由于电感线圈 L 产生自感电动势，阻碍电流通过，电源输出电流较小，路端电压较高，经过一段时间电路稳定后，电源输出电流较大，路端电压较低。在 t t1时刻断开 S，电感线圈 L 产生自感电动势，与灯泡构成闭合回路，灯泡 D 中有反向电流通过，所以表示 A、 B 两点间电压 UAB随时间 t 变化的图象正确的是 B。答案 B14

26、12.如图 9 所示，电感线圈 L 的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计，L A、L B是两个相同的灯泡，且在下列实验中不会烧毁，电阻 R2阻值约等于 R1的两倍，则( )图 9A.闭合开关 S 时，L A、L B同时达到最亮，且 LB更亮一些B.闭合开关 S 时，L A、L B均慢慢亮起来，且 LA更亮一些C.断开开关 S 时，L A慢慢熄灭，L B马上熄灭D.断开开关 S 时，L A慢慢熄灭，L B闪亮后才慢慢熄灭解析 由于灯泡 LA与线圈 L 和 R1串联，灯泡 LB与电阻 R2串联，当 S 闭合瞬间，通过线圈的电流突然增大，线圈产生自感电动势，阻碍电流的增加，所以 LB比 LA先亮，选项 A、B错误；由于 LA所在的支路电阻阻值较小，故稳定时电流较大，即 LA更亮一些，当 S 断开瞬间，线圈产生自感电动势，两灯组成的串联电路中，电流从线圈中开始减小，即从 IA减小，故 LA慢慢熄灭，L B闪亮后才慢慢熄灭，选项 C 错误，D 正确。答案 D