（新課標）2022高考物理 主題三 電磁感應(yīng)及其應(yīng)用 3.1 電磁感應(yīng) 3.1.6 互感和自感學(xué)案 新人教版選修3-2

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1、（新課標）2022高考物理 主題三 電磁感應(yīng)及其應(yīng)用 3.1 電磁感應(yīng) 3.1.6 互感和自感學(xué)案 新人教版選修3-2 學(xué)習目標 核心提煉 1.了解互感現(xiàn)象及互感現(xiàn)象的應(yīng)用。 2種現(xiàn)象——互感現(xiàn)象和自感現(xiàn)象 2個概念——自感電動勢、自感系數(shù) 2個重點——通電、斷電現(xiàn)象的成因 2.了解自感現(xiàn)象，認識自感電動勢對電路中電流的影響，并能對含線圈的電路進行分析。 3.了解自感系數(shù)的意義和決定因素。 4.知道磁場具有能量。 1.互感：兩個相互靠近的線圈，當一個線圈中的電流變化時，它所產(chǎn)生的變化的磁場會在另一個線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這種現(xiàn)象叫互感。 2.應(yīng)用：利用互感現(xiàn)象可以把能量由

2、一個線圈傳遞到另一個線圈，如變壓器就是利用互感現(xiàn)象制成的。 3.危害：互感現(xiàn)象能發(fā)生在任何兩個相互靠近的電路之間、電力工程和電子電路中，有時會影響電路的正常工作。 思維拓展 如圖1是法拉第實驗線圈。在實驗中，兩個線圈并沒有用導(dǎo)線連接。 圖1 (1)當其中一個線圈中有電流時，另一個線圈中是否會產(chǎn)生感應(yīng)電流？ (2)當一個線圈中的電流變化時，在另一個線圈中為什么會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢呢？ 提示　(1)不一定。當線圈中的電流為恒定電流時，在其周圍空間產(chǎn)生的磁場不變，則在另一個線圈中就不會產(chǎn)生感應(yīng)電流。只有當線圈中的電流變化時，在其周圍空間產(chǎn)生變化的磁場，此時會在另一個線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流。

3、 (2)當一個線圈中的電流變化時，穿過兩個線圈的磁通量都會變化，在另一個線圈中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。 二、自感現(xiàn)象 1.定義：當一個線圈中的電流發(fā)生變化時，它產(chǎn)生的變化的磁場不僅在鄰近的電路中激發(fā)出感應(yīng)電動勢，同樣也在它本身激發(fā)出感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象叫自感。 圖2 2.自感電動勢對電流的作用：電流增加時，自感電動勢阻礙電流的增加；電流減小時，自感電動勢阻礙電流的減小。 實驗1：演示通電自感現(xiàn)象 實驗電路如圖2所示，開關(guān)S接通時，可以看到燈泡2立即發(fā)光，而燈泡1是逐漸亮起來的。 實驗2：演示斷電自感現(xiàn)象。 圖3 實驗電路如圖3所示，線圈L的電阻比燈泡的電阻小，接通電路，燈泡

4、正常發(fā)光后，迅速斷開開關(guān)S，可以看到燈泡閃亮一下再逐漸熄滅。 3.自感系數(shù) (1)自感電動勢的大?。篍＝L，式中L是比例系數(shù)，叫作自感系數(shù)，簡稱自感或電感。 (2)決定因素：線圈的大小、形狀、圈數(shù)以及是否有鐵芯等。 (3)單位：亨利，簡稱亨，符號是H。常用單位還有毫亨(mH)、微亨(μH)。1 H＝103 mH＝106 μH。 思考判斷 (1)自感現(xiàn)象中，感應(yīng)電流方向一定和原電流方向相反。(×) (2)線圈中產(chǎn)生的自感電動勢較大時，其自感系數(shù)一定較大。(×) (3)對于同一線圈，當電流變化較快時，線圈中的自感電動勢較大。(√) (4)一個線圈中的電流均勻增大，自感電動勢也均勻

5、增大。(×) 三、磁場的能量 1.自感現(xiàn)象中的磁場能量 (1)線圈中電流從無到有時：磁場從無到有，電源的能量輸送給磁場，儲存在磁場中。 (2)線圈中電流減小時：磁場中的能量釋放出來轉(zhuǎn)化為電能。 2.電的“慣性”：自感電動勢有阻礙線圈中電流變化的“慣性”。 　對互感現(xiàn)象的理解 [要點歸納] 1.互感現(xiàn)象是一種常見的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，它不僅發(fā)生于繞在同一鐵芯上的兩個線圈之間，而且可以發(fā)生于任何相互靠近的電路之間。 2.互感現(xiàn)象可以把能量由一個電路傳到另一個電路。變壓器就是利用互感現(xiàn)象制成的。 3.在電力工程和電子電路中，互感現(xiàn)象有時會影響電路的正常工作，這時要求設(shè)法減小電路間的

6、互感。 [精典示例] [例1] (多選)如圖4所示是一種延時裝置的原理圖，當S1閉合時，電磁鐵F將銜鐵D吸下，C線路接通；當S1斷開時，由于電磁感應(yīng)作用，D將延遲一段時間才被釋放。則(　　) 圖4 A.由于A線圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時釋放D的作用 B.由于B線圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時釋放D的作用 C.如果斷開B線圈的開關(guān)S2，無延時作用 D.如果斷開B線圈的開關(guān)S2，延時將變化 解析　線圈A中的磁場隨開關(guān)S1的閉合而產(chǎn)生，隨S1的斷開而消失。當S1閉合時，線圈A中的磁場穿過線圈B，當S2閉合，S1斷開時，線圈A在線圈B中的磁場變?nèi)酰€ 圈B中有感應(yīng)電流，B中電流的

7、磁場繼續(xù)吸引D而起到延時的作用，所以選項B正確，A錯誤；若S2斷開，線圈B中不產(chǎn)生感應(yīng)電流而起不到延時作用，所以選項C正確，D錯誤。 答案　BC [針對訓(xùn)練1] 在同一鐵芯上繞著兩個線圈，單刀雙擲開關(guān)原來接在點“1”，現(xiàn)把它從“1”扳向“2”，如圖5所示，試判斷在此過程中，在電阻R上的電流方向是(　　) 圖5 A.先由P→Q，再由Q→P B.先由Q→P，再由P→Q C.始終由Q→P D.始終由P→Q 解析　S從“1”扳開瞬間，B中磁通量減小，由楞次定律得電流Q→P；接觸“2”的瞬間，B中磁通量增加，產(chǎn)生電流Q→P，故選項C正確。 答案　C 　對自感現(xiàn)象的理解 [要點歸

8、納] 1.自感現(xiàn)象的特點 (1)自感現(xiàn)象是由于通過導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。 (2)自感電動勢的作用：總是阻礙導(dǎo)體中原電流的變化，即總是起著推遲電流變化的作用。 (3)自感電動勢的方向：自感電動勢總是阻礙導(dǎo)體中原來電流的變化，當原來電流增大時，自感電動勢與原來電流方向相反；當原來電流減小時，自感電動勢與原來電流方向相同，同樣遵循“增反減同”的規(guī)律。 2.通電自感與斷電自感比較 與線圈串聯(lián)的燈泡 與線圈并聯(lián)的燈泡 電路圖 通電時 電流逐漸增大，燈泡逐漸變亮 電流立刻變大，燈泡變亮，然后逐漸變暗 斷電時 電流逐漸減小 燈泡逐漸變暗 電流方

9、向不變 電路中穩(wěn)態(tài)電流為I1、I2 ①若I2≤I1，燈泡逐漸變暗 ②若I2＞I1，燈泡閃亮后逐漸變暗 兩種情況燈泡中電流方向均改變 [精典示例] [例2] (多選)如圖6所示的電路中，A、B為兩個完全相同的燈泡，L是自感系數(shù)很大的線圈，其電阻與R相等，下列說法正確的是(　　) 圖6 A.在斷開S2的情況下，若突然閉合S1時，A、B燈均逐漸亮起來 B.在斷開S2的情況下，若突然閉合S1時，A燈立即發(fā)光，B燈逐漸亮起來 C.閉合S1、S2待電路穩(wěn)定后，若突然斷開S1，則A、B燈均不會立即熄滅 D.閉合S1、S2待電路穩(wěn)定后，若突然斷開S1，則A燈不會立即熄滅，而B燈立即熄

10、滅 解析　在斷開S2的情況下，若突然閉合S1時，由于線圈的自感現(xiàn)象，出現(xiàn)自感電動勢阻礙電流的增大，則A燈立即亮，B燈逐漸亮，A錯誤，B正確；當同時閉合S1、S2，待電路穩(wěn)定后突然將S1斷開，B燈立即熄滅，因自感現(xiàn)象，L與A組成回路，A燈不會立即熄滅，而是逐漸熄滅，故選項C錯誤，D正確。 答案　BD 自感線圈對電流的變化有阻礙作用，具體表現(xiàn)為 (1)通電瞬間自感線圈處相當于斷路。 (2)斷電時，自感線圈相當于電源，其電流由原值逐漸減小，不會發(fā)生突變(必須有閉合回路)。 (3)電流穩(wěn)定時自感線圈相當于導(dǎo)體，若其直流電阻忽略不計，則相當于導(dǎo)線。 [針對訓(xùn)練2] 如圖7所示的電路中，

11、S閉合且穩(wěn)定后流過電感線圈的電流是2 A，流過燈泡的電流是1 A，現(xiàn)將開關(guān)S突然斷開，S斷開前后，能正確反映流過燈泡的電流i隨時間t變化關(guān)系的圖象是(　　) 圖7 解析　開關(guān)S斷開前，通過燈泡D的電流是穩(wěn)定的，其值為1 A。開關(guān)S斷開瞬間，自感線圈的支路由于自感現(xiàn)象會產(chǎn)生與線圈中原電流方向相同的感應(yīng)電動勢，使線圈中的電流從原來的2 A逐漸減小，方向不變，且同燈泡D構(gòu)成回路，通過燈泡D的電流和線圈L中的電流相同，也應(yīng)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，選項D正確。 答案　D 1.(自感電動勢的理解)關(guān)于線圈中自感電動勢大小的說法正確的是(　　)

12、 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 解析　電感一定時，電流變化越快，越大，由E＝L知，自感電動勢越大，選項A錯誤，B正確；線圈中電流為零時，電流的變化率不一定為零，自感電動勢不一定為零，選項C錯誤；當通過線圈的電流最大時，電流的變化率為零，自感電動勢為零，選項D錯誤。 答案　B 2.(兩種自感現(xiàn)象)如圖8甲和乙是教材中演示自感現(xiàn)象的兩個電路圖，L1和L2為電感線圈。實驗時，斷開開關(guān)S1瞬間，燈A1突然閃亮，隨后逐漸變暗；閉合開關(guān)S

13、2，燈A2逐漸變亮，而另一個相同的燈A3立即變亮，最終A2與A3的亮度相同。下列說法正確的是(　　) 圖8 A.圖甲中，A1與L1的電阻值相同 B.圖甲中，閉合S1，電路穩(wěn)定后，A1中電流大于L1中電流 C.圖乙中，變阻器R與L2的電阻值相同 D.圖乙中，閉合S2瞬間，L2中電流與變阻器R中電流相等 解析　圖甲中，開關(guān)S1斷開瞬間，燈A1突然閃亮，隨后逐漸變暗，說明電路閉合穩(wěn)定時IL1＞IA1，故RL1＜RA1，選項A、B錯誤；圖乙中，電路穩(wěn)定后A2與A3的亮度相同，說明兩支路電流相等，故R＝RL2，選項C正確；閉合S2瞬間，L2對電流的變化起阻礙作用，L2所在支路的電流小于滑

14、動變阻器所在支路的電流，選項D錯誤。 答案　C 3.(兩種自感現(xiàn)象)(多選)如圖9所示的電路中，A1和A2是完全相同的燈泡，線圈L的電阻可以忽略不計，下列說法正確的是(　　) 圖9 A.合上開關(guān)S接通電路時，A2先亮A1后亮，最后一樣亮 B.合上開關(guān)S接通電路時，A1和A2始終一樣亮 C.斷開開關(guān)S切斷電路時，A2立即熄滅，A1過一會熄滅 D.斷開開關(guān)S切斷電路時，A1和A2都要過一會才熄滅 解析　S閉合接通電路時，A2支路中的電流立即達到最大，A2先亮；由于線圈的自感作用，A1支路電流增加的慢，A1后亮。A1中的電流穩(wěn)定后，線圈的阻礙作用消失，A1與A2并聯(lián)，亮度一樣，選

15、項A正確，B錯誤；S斷開時，L和A1，A2組成串聯(lián)的閉合回路，A1和A2亮度一樣，由于L中產(chǎn)生自感電動勢阻礙L中原電流的消失，使A1和A2過一會才熄滅，故選項C錯誤，D正確。 答案　AD 4.(自感的圖象分析)如圖10中L是繞在鐵芯上的線圈，它與電阻R、R0、開關(guān)S1、S2和電池E構(gòu)成閉合回路，開關(guān)S1和S2開始都處在斷開狀態(tài)。設(shè)在t＝0時刻，接通開關(guān)S1，經(jīng)過一段時間，在t＝t1時刻，再接通開關(guān)S2，則能較準確表示電阻R兩端的電勢差Uab隨時間t變化的圖線的是(　　) 圖10 解析　在t＝0時刻，接通開關(guān)S1，由于通電自感現(xiàn)象，電阻R的電流逐漸增大，故Uab隨時間t逐漸增大；

16、在t＝t1時刻，再接通開關(guān)S2，則線圈與R構(gòu)成的部分電路被短路，但由于線圈的斷電自感，該部分電路的電流要逐漸減小，故Uab隨時間t逐漸減小，由楞次定律可知電勢差正負不變，A正確。 答案　A 基礎(chǔ)過關(guān) 1.(多選)關(guān)于互感現(xiàn)象，下列說法正確的是(　　) A.兩個線圈之間必須有導(dǎo)線相連，才能產(chǎn)生互感現(xiàn)象 B.互感現(xiàn)象可以把能量從一個線圈傳到另一個線圈 C.互感現(xiàn)象都是有益的 D.變壓器是利用互感現(xiàn)象制成的 解析　兩個線圈之間沒有導(dǎo)線相連，也能產(chǎn)生互感現(xiàn)象，選項A錯誤；互感現(xiàn)象可以把能量從一個線圈傳到另一個線圈，選項B正確；互感現(xiàn)象不都是有益的，有時會影響電路的正常工作，選項

17、C錯誤；變壓器是利用互感現(xiàn)象制成的，選項D正確。 答案　BD 2.關(guān)于線圈的自感系數(shù)，下列說法正確的是(　　) A.線圈的自感系數(shù)越大，自感電動勢就一定越大 B.線圈中電流等于零時，自感系數(shù)也等于零 C.線圈中電流變化越快，自感系數(shù)越大 D.線圈的自感系數(shù)由線圈本身的因素及有無鐵芯決定 解析　線圈的自感系數(shù)是由線圈本身的因素及有無鐵芯決定的，與有無電流、電流變化情況都沒有關(guān)系，故選項B、C錯誤，D正確；自感電動勢的大小除了與自感系數(shù)有關(guān)，還與電流的變化率有關(guān)，故選項A錯誤。 答案　D 3.一個線圈中的電流均勻增大，這個線圈的(　　) A.磁通量均勻增大 B.自感系數(shù)均勻增

18、大 C.自感系數(shù)、自感電動勢都均勻增大 D.自感系數(shù)、自感電動勢、磁通量都不變 解析　線圈中電流均勻增大時，磁通量均勻增大，自感電動勢不變，自感系數(shù)不變，選項A正確。 答案　A 4.在制作精密電阻時，為了消除使用過程中由于電流變化而引起的自感現(xiàn)象，采用雙線并繞的方法，如圖1所示。其道理是(　　) 圖1 A.當電路中的電流變化時，兩股導(dǎo)線產(chǎn)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(dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)電流相互抵消 C.當電路中的電流變化時，兩股導(dǎo)線中原電流的磁通量互相抵消 D.以上說法都不對 解析　由于采用雙線并繞的方法，當電流通過時，兩股導(dǎo)線中的電流方向是相反的

19、，不管電流怎樣變化，任何時刻兩股電流總是等大反向的，所產(chǎn)生的磁通量也是等大反向的，故總磁通量等于零，在該線圈中不會產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，因此消除了自感，選項A、B錯誤，C正確。 答案　C 5.(多選)如圖2所示的電路中，線圈L的自感系數(shù)足夠大，其直流電阻忽略不計，A、B是兩個相同的燈泡，下列說法正確的是(　　) 圖2 A.S閉合后，A、B同時發(fā)光且亮度不變 B.S閉合后，A立即發(fā)光，然后又逐漸熄滅 C.S斷開的瞬間，A、B同時熄滅 D.S斷開的瞬間，A再次發(fā)光，然后又逐漸熄滅 解析　線圈對變化的電流有阻礙作用，開關(guān)接通時，A、B串聯(lián)，同時發(fā)光，但電流穩(wěn)定后線圈的直流電阻忽略不計

20、，使A被短路，所以選項A錯誤，B正確；開關(guān)斷開時，線圈產(chǎn)生自感電動勢，與A構(gòu)成回路，A再次發(fā)光，然后又逐漸熄滅，所以選項C錯誤，D正確。 答案　BD 6.如圖3所示，兩個電阻阻值均為R，電感線圈L的電阻及電池內(nèi)阻均可忽略不計，S原來斷開，電路中電流I0＝?，F(xiàn)將S閉合，于是電路中產(chǎn)生了自感電動勢，此自感電動勢的作用是(　　) 圖3 A.使電路的電流減小，最后由I0減小到零 B.有阻礙電流增大的作用，最后電流小于I0 C.有阻礙電流增大的作用，因而電流總保持不變 D.有阻礙電流增大的作用，但電流最后還是變?yōu)?I0 解析　S閉合，電路中電阻減小，電流增大，線圈產(chǎn)生的自感電動勢的作

21、用是阻礙原電流的增大，選項A錯誤；阻礙電流增大，不是不讓電流增大，而是讓電流增大的速度變慢，選項B、C錯誤；最后達到穩(wěn)定時，電路中電流I＝＝2I0，故選項D正確。 答案　D 能力提升 7.(多選)如圖4所示，電池的電動勢為E，內(nèi)阻不計，線圈自感系數(shù)較大，直流電阻不計，當開關(guān)S閉合后，下列說法正確的是(　　) 圖4 A.a、b間電壓逐漸增加，最后等于E B.b、c間電壓逐漸增加，最后等于E C.a、c間電壓逐漸增加，最后等于E D.電路中電流逐漸增加，最后等于 解析　由于線圈的自感作用，開關(guān)閉合的瞬間，自感的阻礙作用非常大，電路中的電流從零逐漸增加直到穩(wěn)定，大小為；所以開始

22、時a、b間的電壓等于E，然后逐漸減小到零；開始時R上的電壓為零，然后逐漸增加直到等于E。 答案　BD 8.如圖5所示電路中，當電鍵S斷開瞬間(　　) 圖5 A.流經(jīng)R2的電流方向向右，流經(jīng)L的電流方向向左 B.流經(jīng)R2的電流方向向左，流經(jīng)L的電流方向向右 C.流經(jīng)R2和L的電流方向都向右 D.流經(jīng)R2和L的電流方向都向左 解析　電鍵S斷開瞬間，線圈內(nèi)產(chǎn)生自感電動勢，相當于電源，與R2、、構(gòu)成回路，且流經(jīng)線圈的電流只能從原值開始緩慢減小，故只有A項正確。 答案　A 9.(多選)如圖6所示，電阻R1＝3 Ω，R2＝6 Ω，線圈的電阻不計，電源電動勢E＝5 V，內(nèi)阻r＝1 Ω

23、。開始時，開關(guān)S閉合，則(　　) 圖6 A.斷開S前，電容器所帶電荷量為零 B.斷開S前，電容器兩板間的電壓為 V C.斷開S的瞬間，電容器a板帶上正電 D.斷開S的瞬間，電容器b板帶上正電 解析　斷開開關(guān)前，電容器兩端的電壓等于線圈兩端的電壓，線圈沒有電阻，線圈兩端電壓為零，所以電容器的兩板間電壓為零，所帶的電荷量為零，選項A正確，B錯誤；斷開開關(guān)，線圈相當于電源給電容器充電，使a板帶正電，b板帶負電，選項C正確，D錯誤。 答案　AC 10.在如圖7所示的電路中電源內(nèi)阻不能忽略，兩個相同的小燈泡L1和L2分別串聯(lián)一個帶鐵芯的電感線圈L和一個滑動變阻器R。閉合開關(guān)S后，調(diào)整

24、R，使L1和L2發(fā)光的亮度一樣，此時流過兩個燈泡的電流均為I。然后，斷開S。若t′時刻再閉合S，則在t′前后的一小段時間內(nèi)，正確反映流過L1的電流i1、流過L2的電流i2隨時間t變化的圖象是(　　) 圖7 解析　閉合開關(guān)S后，調(diào)整R，使兩個燈泡L1、L2發(fā)光的亮度一樣，電流為I，說明RL＝R。若t′時刻再閉合S，流過電感線圈L和燈泡L1的電流迅速增大，使電感線圈L產(chǎn)生自感電動勢，阻礙了流過L1的電流i1增大，直至到達電流I，故選項A錯誤，B正確；而對于t′時刻再閉合S，流過燈泡L2的電流i2立即達到最大，然后逐漸減小至電流I，故選項C、D錯誤。 答案　B 11.如圖8所示的電路

25、中，電源的電動勢為E，內(nèi)阻為r，自感線圈L的電阻不計，電阻R的阻值大于燈泡D的阻值，在t＝0時刻閉合開關(guān)S，經(jīng)過一段時間后，在t＝t1時刻斷開S，下列表示A、B兩點間電壓UAB隨時間t變化的圖象正確的是(　　) 圖8 解析　在t＝0時刻閉合開關(guān)S，由于電感線圈L產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流通過，電源輸出電流較小，路端電壓較高，經(jīng)過一段時間電路穩(wěn)定后，電源輸出電流較大，路端電壓較低。在t＝t1時刻斷開S，電感線圈L產(chǎn)生自感電動勢，與燈泡構(gòu)成閉合回路，燈泡D中有反向電流通過，所以表示A、B兩點間電壓UAB隨時間t變化的圖象正確的是B。 答案　B 12.如圖9所示，電感線圈L的自感系數(shù)足

26、夠大，其直流電阻忽略不計，LA、LB是兩個相同的燈泡，且在下列實驗中不會燒毀，電阻R2阻值約等于R1的兩倍，則(　　) 圖9 A.閉合開關(guān)S時，LA、LB同時達到最亮，且LB更亮一些 B.閉合開關(guān)S時，LA、LB均慢慢亮起來，且LA更亮一些 C.斷開開關(guān)S時，LA慢慢熄滅，LB馬上熄滅 D.斷開開關(guān)S時，LA慢慢熄滅，LB閃亮后才慢慢熄滅 解析　由于燈泡LA與線圈L和R1串聯(lián)，燈泡LB與電阻R2串聯(lián)，當S閉合瞬間，通過線圈的電流突然增大，線圈產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的增加，所以LB比LA先亮，選項A、B錯誤；由于LA所在的支路電阻阻值較小，故穩(wěn)定時電流較大，即LA更亮一些，當S斷開瞬間，線圈產(chǎn)生自感電動勢，兩燈組成的串聯(lián)電路中，電流從線圈中開始減小，即從IA減小，故LA慢慢熄滅，LB閃亮后才慢慢熄滅，選項C錯誤，D正確。 答案　D