互感和自感-高二物理新教材基础+巩固+提升三级跳.docx

新教材 基础 巩固 提升三级跳
第二章 电磁感应
2. 4 互感和自感
基础知识
知识点梳理：
知识点一．互感现象
当一个线圈中的电流变化时，它产生的磁场就发生变化，变化的磁场在周围空间产生感生电场，在感生电场的作用下，另一个线圈中的自由电荷定向运动，于是产生感应电动势。
当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为互感。互感现象产生的感应电动势，称为互感电动势。
利用互感现象，可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈。因此，互感现象在电工技术和电子技术中有广泛的应用。
变压器，收音机里的磁性天线。
知识点二．自感现象
通电自感现象：如图所示，A1、A2是规格完全一样的灯泡。闭合电键S，调节变阻器R，使A1、A2亮度相同，再调节R1，使两灯正常发光，然后断开开关S。重新闭合S。
现象：跟变阻器串联的灯泡A2立刻正常发光，跟线圈L串联的灯泡A1逐渐亮起来。

提问：为什么A1比A2亮得晚一些？试用所学知识（楞次定律）加以分析说明。 1
电路接通时，电流由零开始增加，穿过线圈L的磁通量逐渐增加，L中产生的感应电动势的方向与原来的电流方向相反，阻碍L中电流增加，即推迟了电流达到正常值的时间。
断电自感现象：如图所示，接通电路，待灯泡A正常发光。然后断开电路，观察到什么现象？

现象：S断开时，A灯突然闪亮一下才熄灭。
提问：为什么A灯不立刻熄灭？
当S断开时，L中的电流突然减弱，穿过L的磁通量逐渐减少，L中产生感应电动势，方向与原电流方向相同，阻碍原电流减小。L相当于一个电源，此时L与A构成闭合回路，故A中还有一段持续电流。灯A闪亮一下，说明流过A的电流比原电流大。
用多媒体课件在屏幕上打出i—t变化图，如下图所示：

结论：导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。自感现象中产生的电动势叫自感电动势。
知识点三．自感系数
自感电动势的大小与线圈中电流的变化率成正比，与线圈的自感系数L成正比。写成公式为：

L叫自感系数呢，自感系数是用来表示线圈的自感特性的物理量。
实验表明，线圈越大，越粗，匝数越多，自感系数越大。另外，带有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。
自感系数的单位：亨利，符号H，更小的单位有毫亨（mH）、微亨（μH）；
1H=103 mH；1H=106μH
预习基础：
一、判断题
1．依据下面情境，判断下列说法对错。
如图所示，物理课上老师做了这样一个实验，将一厚度均匀且足够长的光滑铝板固定在绝缘支架上，铝板与水平面间的夹角为，现将一质量为的永磁体静止放置在铝板的上端，它将沿斜面向下运动。（重力加速度为）

（1） 永磁体先做加速度逐渐变小的变加速运动，且，再做匀速运动。( )
（2） 永磁体做加速度为的匀加速直线运动，且。( )
（3） 永磁体重力势能先逐渐减小，最后保持不变。( )
（4） 永磁体动能先逐渐增加，最后保持不变。( )
（5） 永磁体运动过程中机械能守恒。( )
二、填空题
2．线圈中电流变化越快，线圈中的自感系数越大。( )
3．互感现象危害：互感现象能发生在任何两个______的电路之间．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．
4．自感现象
当一个线圈中的电流变化时，它产生的___________不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也在线圈___________激发出感应电动势，这种现象称为自感。由于自感而产生的感应电动势叫作___________。
5．如图所示是研究自感现象的电路图，两个灵敏电流计G1和G2的零点都在刻度中央，当电流从左向右流入时，指针向右偏，反之向左偏，在开关S接通的瞬间，G1指针向___摆，G2指针向___摆；S断开的瞬间，G1指针向___摆，G2指针向___摆（以上均选填“左”或“右”），两个灵敏电流计指针的摆动幅度___（选填“相等”或“不相等”）。

6．在如图所示的日光灯工作原理电路图中：

（1）开关闭合前，启动器的静触片和动触片是____________(填“接通的”或“断开的”)；
（2）开关刚闭合时，220 V电压加在____________上，使__________发出辉光；
（3）日光灯启动瞬间，灯管两端电压__________220 V(填“大于”、“等于”或“小于”)；
（4）日光灯正常发光时，启动器的静触片和动触片________(填“接通”或“断开”)，镇流器起着__________作用，保证日光灯正常工作。
巩固所学
三、单选题
7．如图所示，两个灯泡A1和A2的规格相同，A1与线圈L串联后接到电路中，A2与可变电阻R串联后接到电路中。先闭合开关S，调节R，使两个灯泡的亮度相同，再调节R1，使它们正常发光，然后断开开关S，下列说法正确的是（　　）

A．重新接通电路，A1、A2同时变亮
B．重新接通电路，A1逐渐变暗
C．接通电路，电路稳定后再次断开S，A1、A2逐渐熄灭
D．接通电路，电路稳定后再次断开S，A2闪亮一下再熄灭
8．如图所示，电路中A、B是两个完全相同的灯泡，L是一个自感系数很大、电阻可忽略的自感线圈，C是电容很大的电容器。在S刚闭合时与闭合足够长时间之后，A、B两灯泡的发光情况是（　　）

A．S刚闭合时，A亮一下又逐渐变暗
B．S刚闭合时，B亮一下又逐渐变暗
C．S闭合足够长时间后，A和B一样亮
D．S闭合足够长时间后，A、B都熄灭
9．如图所示的电路中，电感线圈L的自感系数足够大且直流电阻可忽略，G为电流传感器，灯泡A与理想二极管B相连，则下列说法正确的是（　　）

A．K闭合瞬间，灯泡A立即亮，电流传感器G电流逐渐增大，a点电势比b点低
B．K闭合瞬间，灯泡A亮一下再熄灭，电流传感器G电流突然减小，a点电势比b点高
C．K断开瞬间，灯泡A亮一下再熄灭，电流传感器G电流逐渐减小，a点电势比b点低
D．K断开瞬间，灯泡A不亮，电流传感器G电流先增大后逐渐减小，a点电势比b点高
10．在竖直向下的匀强磁场中，将一水平放置的金属棒ab以水平初速度抛出，设运动的整个过程中棒的取向不变且不计空气阻力，则金属棒在运动过程中产生的感应电动势大小将（　　）

A．保持不变 B．越来越小
C．越来越大 D．无法确定
11．如图所示的电路中，电感的自感系数很大，电阻可忽略，为理想二极管，则下列说法中正确的有（　　）

A．当闭合时，一直不亮，立即变亮
B．当闭合时，立即变亮，逐渐变亮
C．当断开时，突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭
D．当断开时，立即熄灭
12．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，闭合开关S1，电路稳定后，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
能力提升
四、多选题
13．如图所示，将两端刮掉绝缘漆的导线绕在一把锉刀上，一端接上电池（电池另一极与锉刀接触），手持导线的另一端，在锉刀上来回划动，由于锉刀表面凹凸不平，就会产生电火花，下列说法中正确的是（　　）

A．产生电火花的回路只由导线与电池组成
B．导线端向两个方向划动时都能产生电火花
C．锉刀采用什么材料制成对实验没有影响
D．自感电动势的方向与导线端划动的方向无关
14．如图所示，L是电感足够大的线圏，其直流电阻与灯泡的相同，D1和D2是相同的灯泡，若将电键S闭合，等灯泡亮度稳定后，再断开电键S，则（　　）

A．电键S闭合时，灯泡D1、D2同时亮，然后D1会变暗直到不亮，D2更亮
B．电键S闭合时，灯泡D1、D2同时亮，然后D1会变暗，D2更亮
C．电键S断开时，灯泡D1随之熄灭，而D2会过一会儿后才熄灭
D．电键S断开时，灯泡D2随之熄灭，而D1会过一会儿后才熄灭
15．如图所示的电路中，电源的电动势为E，电感L的电阻不计。闭合电键待电路稳定后，在时刻断开S。下列表示A、B两点间电势差在时刻前后的图像中可能正确的是（　　）

A． B．C． D．
16．一空间有方向垂直纸面向里、磁感应强度大小B＝0.5T的匀强磁场，两条电阻不计的平行光滑导轨竖直放置在磁场内，如图所示，导体棒ab、cd长度均为0.2m，电阻均为0.1，重力均为0.1N。现用力向上拉动导体棒ab，使之匀速上升（导体棒ab、cd与导轨垂直且接触良好），此时cd静止不动，则ab上升时，下列说法正确的是（　　）

A．经过cd的电流方向为从c到d
B．ab受到的拉力大小为2N
C．ab向上运动的速度大小为2m/s
D．在2s内，拉力做功有0.6J的其他形式的能转化为电能
五、实验题
17．小明同学将废弃不用的手机充电器拆开，发现内部有一个变压器，他想在不拆变压器绕线的前提下测量其初级线圈的直流电阻，先用多用电表欧姆挡测得阻值约400Ω，然后再用伏安法精确测量其直流电阻。现有器材如下：
①电流表A1（量程20mA，内阻r1约为3Ω，读数记为I1）；
②电流表A2（量程5 mA，内阻，读数记为I2）；
③电压表V（量程15V，内阻Rv约为15 KΩ，读数记为U）；
④定值电阻；
⑤定值电阻；
⑥滑动变阻器R（0~1000Ω）；
⑦蓄电池E（电动势6V，内阻很小）；
⑧开关、导线若干。
(1)小明利用以上的部分器材设计了如图1所示的电路图，请指出此电路设计不妥当的地方：( )

(2)请利用提供的器材在图2的方框中画出改进后的电路图，并标出各器材的代号。( )
(3)测量初级线圈的电阻表达式为RL=___________。（本结果均用题中所给的字母表示）
(4)关于实验操作说法正确的是___________。
A．接通电路时应先接通K1，电路稳定后再接通K2
B．实验结束拆除电路时应先断开K1，稍等一会儿再断开K2
C．调整滑动变阻器电阻后立刻读出电表读数

参考答案：
1．     正确     错误     错误     正确     错误
【来源】2023版32一轮复习 第十章 第2讲 法拉第电磁感应定律 自感 涡流
【详解】（1）永磁体沿斜面向下的运动中，铝板内会产生涡流，铝板所受安培力的反作用力将阻碍永磁体向下的运动，由牛顿第二定律可知

由于涡流的产生会有阻尼作用，且随速度的增大而增大，当铝板所受安培力的反作用力与永磁体的重力沿斜面的下滑力大小相等时，永磁体开始做匀速运动，因此永磁体将先做加速度逐渐变小的变加速运动，且，再做匀速运动，正确。
（2）永磁体沿斜面向下的运动中，铝板内会产生涡流，铝板所受安培力的反作用力将阻碍永磁体向下的运动，且随速度的增大，涡流增大，阻尼作用越大，因此永磁体先做加速度逐渐变小的变加速运动，后做匀速运动，错误。
（3）永磁体沿斜面向下的运动中，永磁体高度一直逐渐减小，则重力势能一直逐渐减小，错误。
（4）永磁体先做加速度逐渐变小的变加速运动，速度逐渐增大，后做匀速运动，速度不变，所以永磁体动能先逐渐增加，最后保持不变，正确。
（5）永磁体沿斜面向下的运动中，铝板内会产生涡流，由焦耳定律可知，在铝板内会产生焦耳热，铝板的内能是由永磁体的机械能转化而来，因此永磁体运动过程中机械能不守恒，错误。
2．错误
【来源】安徽省安庆市九一六学校2020-2021学年高二下学期3月月考物理试题
【详解】[1]线圈的自感系数是由线圈本身决定的物理量，与线圈中电流变化的快慢无关；此说法错误。
3．相互靠近
【来源】2021人教版选择性必修第二册 第二章 2. 4 互感和自感 导学案
【详解】略
4．     变化的磁场     本身     自感电动势
【来源】2.4 互感和自感 课前预习
【详解】[1][2][3]当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也在线圈本身激发出感应电动势，这种现象称为自感。由于自感而产生的感应电动势叫作自感电动势。
5．     右     右     右     左     相等
【来源】2.4互感与自感（练习）—2022-2023学年高二物理课后培优分级练（人教版2019选择性必修第二册）
【详解】[1][2]在开关S接通的瞬间，线圈阻碍电流增大，使得流经G1的电流缓慢增大，但流经两电表的电流方向均从左向右流入，所以此时G1 、G2指针均向右摆；
[3][4][5]在S断开的瞬间，线圈充当了电源、阻碍电流减小，使电流在线圈L、灵敏电流计G1、G2、电阻R构成的回路中慢慢减小到零，G1中电流为从左向右流入，G2中电流为从右向左流入，所以此时G1指针向右摆、G2指针向左摆；两表串联，电流相等，指针的摆动幅度相等。
6．     断开的     启辉器     日光     大于     断开     限流降压
【来源】2.4互感与自感（练习）—2022-2023学年高二物理课后培优分级练（人教版2019选择性必修第二册）
【详解】镇流器在启动时产生瞬时高压，在正常工作时起降压限流作用，电路接通后，启辉器中的氖气停止放电（启辉器分压少、辉光放电无法进行，不工作），U形片冷却收缩，两个触片分离，灯丝受热时发射出来的大量电子，在灯管两端高电压作用下，以极大的速度由低电势端向高电势端运动．在加速运动的过程中，碰撞管内氩气分子，使之迅速电离．在紫外线的激发下，管壁内的荧光粉发出近乎白色的可见光
（1）[1] 开关合上前，启动器的静金属片和动金属片是断开的；
（2）[2][3] 开关刚合上时，220V电压加在启辉器；使日光发光；
（3）[4] 日光灯启动瞬间，灯管两端的电压高于220V；
（4）[5] 日光灯正常发光时，启动器的静触片和动触片断开的；
[6] 镇流器起着限流降压作用，保证日光灯正常工作。
7．C
【来源】江苏省宿迁市北大附属宿迁实验学校2022-2023学年高二上学期开学考试物理试题
【分析】根据题中物理情景描述可知，本题考查自感，根据电感线圈对电流作用的规律，运用电磁感应等，进行分析推断。
【详解】A．重新接通电路，由于L有自感电动势产生，阻碍电流增大，所以A1逐渐变亮，而A2立即变亮，故A错误；
B．由A分析可知A1逐渐变亮，故B错误；
C．一段时间电路稳定后，再次断开S，A1、A2与L、R构成回路，L相当于电源，因原来两支路电流相等，所以不会出现A2闪亮一下再熄灭的现象，A1、A2都会逐渐熄灭，故C项正确；
D．由C分析可知不会出现A2闪亮一下再熄灭的现象，故B错误。
故选C。
8．A
【来源】第86讲 电磁感应的应用实例-2023届高三物理高考复习101微专题模型精讲精练
【详解】开关刚闭合时，由于线圈自感系数很大，对电流阻碍作用很强，相当于断路，两灯瞬间都亮，但由于线圈电阻可忽略，S闭合足够长时间后，线圈相当于导线，灯泡A被短路而熄灭，灯泡B不受影响，所以A亮一下又逐渐变暗，灯泡B一直亮。
由上述分析可知，A正确，BCD错误。
故选A。
9．C
【来源】专题64 自感与互感、涡流、电磁阻尼和驱动-2023届高三物理一轮复习重点热点难点专题特训
【详解】A．灯泡A与二极管串联，闭合开关K时，电流无法流过二极管，灯泡不亮，电感线圈L与电流传感器串联，阻碍电流流过传感器，所以电流传感器的示数逐渐增大后不变，又电流在电源外部由高电势流向低电势，则a点电势比b点高，A错误；
B．由A项分析可知，B错误；
C．断开开关K时，线圈中电流减小，产生自感电动势和感应电流，且感应电流阻碍原电流减少，则通过G的电流逐渐减小，且方向向左流过二极管，故灯泡A在断开开关K瞬间，亮一下再熄灭，又电流在电源外部由高电势流向低电势，则此时b点电势高于a点，C正确；
D．由C项分析可知，D错误．
故选C。
10．A
【来源】浙江省宁波市2022-2023学年高一上学期期中考试模拟物理试题
【详解】棒ab水平抛出后做平抛运动，其速度越来越大，但只有水平分速度切割磁感线产生感应电动势，故保持不变，故A正确，BCD错误。
故选A。
11．C
【来源】2.4互感与自感（练习）—2022-2023学年高二物理课后培优分级练（人教版2019选择性必修第二册）
【详解】AB．闭合开关的瞬间，由于二极管具有单向导电性，所以无电流通过，一直不亮，由于线圈中自感电动势的阻碍，灯逐渐变亮，故AB错误；
CD．闭合开关，待电路稳定后断开开关，线圈产生自感电动势，两灯串联，所以突然变亮，然后两灯逐渐变暗至熄灭．故C正确，D错误。
故选C。
12．C
【来源】重难点12 电磁感应-2023年高考物理【热点�重点�难点】专练（全国通用）
【详解】A．断开开关S1瞬间，线圈L1产生自感电动势，阻碍电流的减小，通过L1的电流反向通过A1，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗，说明IL1>IA1，即RL1<RA1，故A错误；
B．闭合S1，电路稳定后，因为RL1<RA1，所以A1中电流小于L1中电流，故B错误；
C．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，说明变阻器R与L2的电阻值相同，故C正确；
D．闭合S2瞬间，通过L2的电流增大，由于电磁感应，线圈L2产生自感电动势，阻碍电流的增大，则L2中电流与变阻器R中电流不相等，故D错误。
故选C。
13．BD
【来源】2023选择性必修二 第二章 4　互感和自感（讲）
【详解】A．由图可知，产生电火花的回路由导线、锉刀与电池组成，故A错误；
B．手持导线的另一端，在锉刀上来回划动时产生电火花，是由于电路时通时断，在回路中产生自感电动势，与导线运动的方向无关，即导线端向两个方向划动时都能产生电火花，故B正确；
C．产生电火花的回路由导线、锉刀与电池组成，如果锉刀是绝缘体，则实验不能完成，故C错误；
D．自感电动势的方向根据楞次定律判定，与导线端划动的方向无关，故D正确。
故选BD。
14．BD
【来源】专题13.2　法拉第电磁感应定律 自感和涡流【练】——2023年高考物理一轮复习讲练测（新教材新高考通用）
【详解】AB．S闭合瞬间，电源电压同时加到两灯上，由于L的自感作用，L瞬间相当于断路，所以电流经过两灯，两灯同时亮，当电流稳定时，L与D1并联后再与D2串联，D1两端电压变小，D2两端电压变大，所以D1会变暗，D2更亮，故A错误，B正确；
CD．S断开时，D2立即熄灭，由于L的自感作用，导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的减小，所以D1会过一会儿后才熄灭，故C错误，D正确。
故选BD。
15．AB
【来源】北京市十一学校2022-2023学年高三上学期12月月考物理试题
【详解】AB．闭合开关前，A、B两点间电势差UAB满足

流过L的电流方向自上而下。当断开开关S时，由于流过电感L的电流不能突变，因此此时仍有电流流过小灯泡D，流向为B到A，与S断开前小灯泡的电流方向相反，因此断开S瞬间，UAB反向，且大小满足

当时即为B选项所示图像，当时即为A选项所示图像，故AB正确；
CD．因为断开S后，UAB反向，故CD错误。

故选AB。
16．AC
【来源】2023高考特训营 第十章 专题探究10　电磁感应中的四类综合问题（讲）
【详解】A．对ab棒，由右手定则可知，电流方向由b到a，故经过cd的电流方向为从c到d，A正确；
B．导体棒ab匀速上升，cd棒静止，受力均平衡，对于两棒组成的整体，合力为零，根据平衡条件可得ab棒受到的拉力
F＝2mg＝0.2N
故B错误；
C．cd棒受到向下的重力G和向上的安培力F安，由平衡条件得
F安＝G
即
BIL＝G
又
I＝
联立解得
v＝＝2m/s
故C正确；
D．在2s内，电路产生的电能
Q＝t＝t＝×2J＝0.4J
则在2s内，拉力做功，有0.4J的其他形式的能转化为电能，故D错误。
故选AC。
17．     电压表量程过大     见解析          A
【来源】2021届山东省聊城市临清市第二中学高三上学期期末物理试题
【详解】(1)[1]被测线圈两端的最大电压为6V，达不到电压表V量程的一半，测量误差较大，所以不能使用该电压表；
(2)[2]流过被测线圈的最大电流为，所以电流表选择A1；如果变阻器选择分压接法，当与被测线圈并联的部分电阻丝阻值达到时（滑片已经滑过了五分之三的区域），被测线圈两端的电压才达到2.25V，所以分压接法很难控制被测线圈两端电压的微小变化；如果选择限流接法，被测线圈两端的电压变化范围为1.8V~6V，足够测量多组数据，而且串联情况下更容易控制电压的微小变化，所以滑动变阻器选择限流接法；用内阻已知的电流表A2和阻值较大的定值电阻R2构造成电压表，用来测量电压值；流过电压表的电流最大值为，符合电流表A2的量程；由于电流表A2可以测出电流，所以电流表采用外接法，可以减小测量误差。改进后的电路图如下图所示：

(3)[3]根据部分电路的欧姆定律，被测线圈的阻值为

(4)[4]由于线圈具有自感，在电路通断的瞬间，会产生较强的感应电流，容易损坏电流表，所以接通电路时应先接通K1，待电路稳定后再接通K2；实验结束拆除电路时应先断开K2，稍等一会儿再断开K1；调整滑动变阻器电阻后应稍等一会，待电流表示数稳定后再读出读数。
故选A。