2.4互感和自感（解析版）

第4節(jié)互感和自感【知識梳理】一、自感現(xiàn)象.自感現(xiàn)象：一個線圈中的電流變化時，它所產(chǎn)生的變化的磁場在它本身激發(fā)出感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象，產(chǎn)生的電動勢叫作自感電動勢。.通電自感和斷電自感：電路現(xiàn)象自感電動勢的作用通電自感TLA(1接通電源的瞬間，燈泡Ai較慢地亮起來阻礙電流的增加斷電自感Ar0—斷開開關(guān)的瞬間，燈泡A逐漸變暗。有時燈泡A會閃亮一下，然后逐漸變暗阻礙電流的減小.自感系數(shù):（1）自感電動勢的大?。篍=號，其中L是線圈的自感系數(shù)，簡稱自感或電感。（2）單位：亨利，符號：Ho常用的還有亳亨（mH）和微亨（陽）。換算關(guān)系是：1H=1O、］H=1O*H。（3）決定線圈自感系數(shù)大小的因素：線圈的大小、形狀、圈數(shù)以及是否有鐵芯等。二、自感現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化.日感現(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。C.圖乙中，因為要觀察兩只燈泡發(fā)光的亮度變化，兩個支路的總電阻相同，因兩個燈泡電阻相同，所以變阻器R與L2的電阻值相同，選項C正確；D.圖乙中，閉合S2瞬間，L2對電流有阻礙作用，所以L2中電流與變阻器R中電流不相等，選項D錯誤。故選BCa（2）線圈中電流減小時，磁場中的能鼠釋放出來轉(zhuǎn)化為電能。.電的“慣性”：自感電動勢有阻礙線圈中電流變化的“慣性【方法突破】對自感現(xiàn)象的理解■方法歸納.自感現(xiàn)象的產(chǎn)生：當線圈中的電流變化時，產(chǎn)生的磁場及穿過自身的磁通量隨之變化，依據(jù)楞次定律，會在自身產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，叫自感電動勢。.規(guī)律：自感現(xiàn)象也是電磁感應(yīng)現(xiàn)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，但阻止不住，只是變化得慢了。.通電自感和斷電日感提醒：通電時，線圈相當于斷路；斷電時，線圈相當于電源。與線圈串聯(lián)的燈泡與線圈并聯(lián)的燈泡電路圖—-r~~0il通電時電流逐漸增大，燈泡逐漸變亮電流II突然變大，然后逐漸減小達到穩(wěn)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(wěn)定電流為L、L①若kWh,燈泡逐漸變暗②若12>1.,燈泡閃亮一下后逐漸變暗，兩種情況燈泡電流方向均改變【例】如圖所示，L是直流電阻不計的帶鐵芯線圈，A、B是完全相同的小燈泡。下列說法正確的是（A.閉合S瞬間，A燈比B燈先亮B.閉合S瞬間，A燈立即亮，B燈逐漸變亮C.斷開S瞬間，通過B燈的電流方向從左向右D.斷開S瞬間，A燈立即熄滅，B燈閃亮后熄滅【答案】D【詳解】AB.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，分流作用增大，由于線圈L直流電阻可忽略不計，B逐漸被短路直到熄滅，外電路總電阻減小，總電流增大，A燈更亮，故AB錯誤；CD.燈泡B與線圈L構(gòu)成閉合回路，所以穩(wěn)定后再斷開開關(guān)S后，燈泡B變亮再逐漸熄滅，通過B燈的電流方向從右向左，而燈泡A立即熄滅，故C錯誤，D正確；故選D。【針對訓(xùn)練】如圖所示，帶鐵芯的電感線圈的電阻與電阻器R的阻值相同，4和Az是兩個完全相同的電流表，則下列說法中正確的是（）A.閉合S瞬間，電流表Ai示數(shù)小卜Az示數(shù)B.閉合S瞬間，電流表4示數(shù)大于A2示數(shù)C.斷開S瞬間，電流表Ai示數(shù)小于Az示數(shù)D.斷開S瞬間，電流表Ai示數(shù)大于A2示數(shù)【答案】A【詳解】AB.閉合S瞬間，由于線圈的電流變大，導(dǎo)致其產(chǎn)生電動勢，從而阻礙電流的變大，所以電流表4示數(shù)小于Az示數(shù)，故A正確，B錯誤；CD.斷開S瞬間，線圈電流變小，從而產(chǎn)生電動勢，相當于電源與電阻相串聯(lián)，由于兩電流表串聯(lián)，所以電流表A1示數(shù)等于A2示數(shù)，故CD錯誤。故選A?！緦c檢測】一、隨堂檢測1.無線充電是近年發(fā)展起來的新技術(shù)。如圖所示，該技術(shù)通過交變磁場在發(fā)射線圈和接收線圈間傳輸能量。內(nèi)置接收線圈的可以直接放在無線充電基座上進行充電，下列關(guān)于無線充電的說法正確的是（）A.在充電過程中沒有電能損失B.無線充電基座可以用直流電源供電C.無線充電過程主要利用了電磁感應(yīng)原理D.無線充電基座可以對所有進行無線充電【答案】C【詳解】A.在充電過程中線圈會產(chǎn)生焦耳熱，會有電能損失，故A錯誤；B.無線充電基座產(chǎn)生的是交變磁場，所以必須用交流電源供電，故B錯誤；C.發(fā)射線圈產(chǎn)生的交變磁場使接收線圈中的磁通量發(fā)生變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，所以無線充電過程主要利用了電磁感應(yīng)原理，故C正確；D.無線充電基座只能對配備接收線圈的進行無線充電，故D錯誤。故選C。2.如圖所示，Li和L2是兩個相同的小燈泡，L是一個自感系數(shù)相當大的線圈，其電阻與R相同，由于存在自感現(xiàn)象，在開關(guān)S接通和斷開時，Li、L2先后亮暗的順序是（）A.接通時，1_2先達最亮；斷開時，L2先暗B.接通時，L1先達最亮；斷開時，LI后暗C.接通時，L2先達最亮；斷開時，L2后暗D.接通時，Li先達最痙；斷開時，L］先暗【答案】B【詳解】開關(guān)S接通瞬間，電路中迅速建立了電場，立即產(chǎn)生電流，但線圈中產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的增加，故開始時通過燈泡Li的電流較大，故燈泡L1先達最亮；電路中自感電動勢阻礙電流的增加，但不能阻止電流增加；由于L是?個自感系數(shù)相當大的線圈，其電阻與R相同，所以電流穩(wěn)定后，兩個燈泡一樣亮，即L】燈泡亮度逐漸正常，電鍵斷開瞬間，電路中電流要立即減小零，但線圈中會產(chǎn)生很強的自感電動勢，與燈泡Li構(gòu)成閉合回路放電，故斷開時Li后暗。故選Be.如圖所示是測定自感系數(shù)很大的線圈L直流電阻的電路，L兩端并聯(lián)一只電壓表，用來測量自感線圈的直流電壓，在測量完畢后，將電路解體時應(yīng)（）A.先拆除電流表B.先斷開SiC.先拆除哪個器件都可以D.先斷開S2【答案】D【詳解】若先斷開開關(guān)S】或先拆去電流表，由于L的自感作用都會使L和電壓表組成|可路，原先L中有較大的電流通過，現(xiàn)在這個電流將通過電壓表，造成電表損壞，所以實驗完畢應(yīng)先斷開開關(guān)S2,ABC錯誤，D正確。故選D.,.如圖所示的電路（。）、（b）中，電阻R和自感線圈L的電阻值都很小。接通開關(guān)S,使電路達到穩(wěn)定，燈泡A發(fā)光，則（）A.在電路（a）中，斷開S,A立即熄滅B.在電路（〃）中，斷開S,人將在原亮度基礎(chǔ)上漸漸變暗C.在電路（b）中，斷開S,A立即熄滅D.在電路（力）中，斷開S,4將在原亮度基礎(chǔ)上漸漸變暗【答案】B【詳解】AB.在電路a中，斷開S,L、A串聯(lián)，由于線圈阻礙電流變小，L相當于電源，導(dǎo)致A將在原亮度基礎(chǔ)上漸漸變暗，故A錯誤，B正確；CD.在電路〃中，由于電阻R和自感線圈L的甩阻值都很小，所以通過燈泡的電流比線圈的電流小，斷開S時，由于線圈阻礙電流變小，導(dǎo)致A將變得更亮，然后逐漸熄滅，故CD錯誤。故選B.二、課后檢測.關(guān)于自感現(xiàn)象，下列說法中正確的是（）A.對于同一線圈，當電流變化較快時?，線圈中的自感系數(shù)也較大B.線圈中產(chǎn)生的自感電動勢較大的其自感系數(shù)一定較大C.感應(yīng)電流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【答案】CD【詳解】AB.自感系數(shù)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(guān)，故AB錯誤；C.根據(jù)楞次定律，當原電流增大時，感應(yīng)電流與原電流方向相反；當原電流減小時，感應(yīng)電流與原電流方向相同，故C正確；D.根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，當電流變化越快時，磁通量變化越快，自感系數(shù)不變，自感電動勢越大，故D正確。故選CD。.如圖所示為無線充電原理圖，由與充電基座相連的送電線圈和與電池相連的受電線圈構(gòu)成。當送電線圈通入周期性變化的電流時，就會在受電線圈中感應(yīng)出電流，從而實現(xiàn)為充電。在充電過程中（）A.送電線圈中產(chǎn)生均勻變化的磁場B.送電線圈中產(chǎn)生周期性變化的磁場C.送電線圈和受電線圈通過互感現(xiàn)象實現(xiàn)能量傳遞D.電池是直流電源，所以受電線圈輸出的是恒定電流【答案】BC【詳解】AB.送電線圈通入周期性變化的電流，則送電線圈中產(chǎn)生周期性變化的磁場，故B正確，A錯誤；C.無線充電是利用電磁感應(yīng)原理，所以送電線圈和受電線圈通過互感現(xiàn)象實現(xiàn)能量傳遞，故C正確；D.周期性變化的磁場會產(chǎn)生周期性變化的電流，輸出的不是恒定電流，故D錯誤。故選BC。.如圖所示電路中，N、A?為兩個完全相同的燈泡，L為直流電阻不計的自感線圈，D為發(fā)光二極管，R為定值電阻，E為電源，S為開關(guān)。發(fā)光二極管D具有單方向?qū)щ娦阅?，只有電流從標記有?”號的一端流入時，它才導(dǎo)電發(fā)光。則OA.閉合S瞬間，A1立即變亮，A?逐漸變亮.閉合S瞬間，A1逐漸變亮，A?立即變亮C.斷開S瞬間，A?突然閃亮，隨后逐漸熄滅D.斷開S瞬間，D突然閃亮，隨后逐漸熄滅【答案】BC【詳解】AB.開關(guān)S閉合瞬間，Az、D立即變亮，Ai的電路中由于線圈對電流的阻礙作用，會逐漸亮，A錯誤，B正確；CD.開關(guān)S從閉合狀態(tài)突然斷開時，向左流過線圈力的電流突然減少，根據(jù)楞次定律，可知線圈產(chǎn)生向左的自感電流，以阻礙原電流的減少，故電流是從二極管D的負極流入，故二極管D沒有亮，即二極管D立即熄滅；此時Ai只與A2形成回路，因穩(wěn)定時通過Ai的電流大于A2的電流，故斷開后瞬間A2會突然閃亮一下，隨后逐漸熄滅，C正確，D錯誤。故選BC。.如圖所示，閉合電路中的螺線管可自由伸縮，螺線管有一定的長度，這時燈泡具有一定的亮度，若將一軟鐵棒從螺線管左邊迅速插入螺線管內(nèi)，則將看到（）A.燈泡變暗B.燈泡變亮C.螺線管縮短D.螺線管伸長【答案】AD【詳解】將一軟鐵棒從螺線管左邊迅速插入螺線管內(nèi)時，則使穿過螺旋管的磁通量增加，故產(chǎn)生反向的自感電動勢，所以導(dǎo)致線圈中的電流減小，燈泡變暗，由于每匝線圈間的同向電流減小，故相互吸引力減小，從而螺線管伸長，故選AD?！咎嵘?xùn)練】.如圖所示，用電流傳感器研究自感現(xiàn)象.電源內(nèi)阻不可忽略，線圈的自感系數(shù)較大，其直流電阻小于電阻R的阻值」=0時刻閉合開關(guān)S,電路穩(wěn)定后，〃時刻斷開S,電流傳感器連接計算機分別描繪了整個過程線圈中的電流〃和電阻中的電流/R隨時間，變化的圖象.下列圖象中可能正確的是（）【答案】AD【詳解】AB.L為一個自感系數(shù)很大、直流電阻小于電阻R的阻值的線圈，電感阻礙電流變化，當電鍵閉合后，電感的阻礙逐漸減小，即流過電感的電流增大，所以曾大，最后穩(wěn)定時電感相當于電阻，人為恒定，當電鍵斷開后，電感阻礙自身電流變化，產(chǎn)生的感應(yīng)電流仍沿著原來方向，不過大小在減小，B錯誤A正確；CD.當電鍵閉合時，電感阻礙電流變化，L為一個自感系數(shù)很大、有直流電阻的線圈，導(dǎo)致通過電阻的電流剛開始較大，當電感的阻礙逐漸減小，即流過電感的電流增大，所以。減小，最后穩(wěn)定，由于自感線圈L直流電阻值小于燈泡R的阻值，通過線圈L的電流大于通過燈泡R的電流，當斷開電鍵，原來通過R的電流立即消失，電感阻礙自身電流變化，產(chǎn)生的感應(yīng)電流流過電阻，其方向與規(guī)定圖示流過電阻的方向相反，減小最后為0,C錯誤D正確。故選AD。.如圖所示，線圈M和線圈P繞在同一鐵芯上，則（）A.當合上開關(guān)S的瞬間，線圈尸中沒有感應(yīng)電流B.當合上開關(guān)S的瞬間，線圈。中有感應(yīng)電流C.當斷開開關(guān)S的瞬間，線圈。中沒有感應(yīng)電流D.當斷開開關(guān)S的瞬間，線圈P中有感應(yīng)電流【答案】BD【詳解】閉合開關(guān)S的瞬間，線圈M中有電流通過，電流產(chǎn)生磁場，穿過線圈P的磁通量增大，線圈P中產(chǎn)生感應(yīng)電流；斷開開關(guān)S的瞬間，線圈M中電流消失，電流產(chǎn)生的磁場消失，穿過線圈P的磁通量減小，線圈P中產(chǎn)生感應(yīng)電流。故選BD“11.如圖所示，燈泡A、B與定值電阻的阻值均為此L是自感系數(shù)較大的線圈，Si閉合穩(wěn)定后，當S2斷開且電路穩(wěn)定時，A、B兩燈亮度相同，再閉合S2,待電路穩(wěn)定后將Si斷開，下列說法正確的是（）B燈立即熄滅A燈亮一下后熄滅C.有電流通過B燈，方向為D.有電流通過A燈'，方向為〃玲a【答案】AD【詳解】AC.由于定值電阻R沒有自感作用，故斷開Si時，B燈立即熄滅，A正確，C錯誤；BD.Si閉合、S2斷開旦電路穩(wěn)定時，A、B兩燈一樣亮，說明兩個支路中的電流相等，這時線圈L沒有自感作用，可知線圈L的直流電阻也為R,在Sz、Si都閉合且穩(wěn)定時，1a=1b,S2閉合，待電路穩(wěn)定后將Si斷開，由于線圈的自感作用，流過A燈的電流方向變?yōu)?。玲a,A燈緩慢熄滅，B錯誤，D正確。故選AD。12.圖甲和圖乙是教材中演示自感現(xiàn)象