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人教版 (2019)选择性必修 第二册4 互感和自感学案设计
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这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册4 互感和自感学案设计，共12页。学案主要包含了互感现象，自感现象，自感现象中的能量转化等内容，欢迎下载使用。
一、互感现象
二、自感现象
1.自感现象：一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场在它本身激发出感应电动势的现象，产生的电动势叫作自感电动势。
2.通电自感和断电自感：
3.自感系数：
（1）自感电动势的大小：E＝L eq \f(ΔI,Δt) ，其中L是线圈的自感系数，简称自感或电感。
（2）单位：亨利，符号：H。常用的还有毫亨（mH）和微亨（μH）。换算关系是：1H＝103mH＝106μH。
（3）决定线圈自感系数大小的因素：线圈的大小、形状、圈数以及是否有铁芯等。
三、自感现象中的能量转化
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“惯性”：自感电动势有阻碍线圈中电流变化的“惯性”。
【易错辨析】
（1）自感现象中，感应电动势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也较大。（√）
（4）没有发生自感现象时，即使有磁场也不会存储能量。（×）
关键能力·合作学习
知识点一 对自感现象的理解
1.自感现象的产生：当线圈中的电流变化时，产生的磁场及穿过自身的磁通量随之变化，依据楞次定律，会在自身产生感应电动势，叫自感电动势。
2.规律：自感现象也是电磁感应现象，也符合楞次定律，可表述为自感电动势总要阻碍引起自感的原电流的变化。
①当原电流增加时，自感电动势阻碍原电流的增加，方向与原电流方向相反。
②当原电流减小时，自感电动势阻碍原电流的减小，方向与原电流方向相同。
③自感电动势总要阻碍引起自感的原电流的变化，但阻止不住，只是变化得慢了。
收音机里的“磁性天线”怎样把广播电台的信号从一个线圈传到另一个线圈？
提示：利用互感现象。
【典例】（多选）关于自感现象，下列说法中正确的是（ ）
A．对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感系数也较大
B.线圈中产生的自感电动势较大的其自感系数一定较大
C．感应电流方向不一定和原电流方向相反
D．对于同一线圈，电流变化越快，线圈中的自感电动势越大
【解题探究】
（1）线圈中的自感电动势的大小由什么决定？
提示：根据E＝L eq \f(ΔI,Δt) 可知，线圈中的自感电动势的大小由线圈的自感系数和电流变化快慢决定。
（2）线圈的自感系数与什么有关？
提示：自感系数的决定因素：线圈的大小、形状、圈数，以及是否有铁芯。
【解析】选C、D。自感系数是由线圈本身的特性决定的，与自感电动势的大小、电流变化快慢无关，A、B错误；根据楞次定律，当原电流增大时，感应电流与原电流方向相反；当原电流减小时，感应电流与原电流方向相同，C正确；根据法拉第电磁感应定律，电流变化越快时，磁通量变化越快，自感系数不变，自感电动势越大，D正确。
1.关于电磁感应现象，下列说法中正确的是（ ）
A．穿过螺线管的磁通量发生变化时，螺线管内部就一定有感应电流产生
B．只要电路的一部分做切割磁感线运动，电路中就一定有感应电流
C．线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大
D．线圈中电流变化越快，线圈中产生的自感电动势一定越大
【解析】选D。穿过闭合回路的磁通量变化时，电路中产生感应电流，穿过螺线管的磁通量发生变化时，如果电路不闭合，螺线管内部不一定产生感应电流，故A错误；穿过闭合回路的磁通量变化时，电路中产生感应电流，电路的一部分做切割磁感线运动时，如果电路不闭合，电路不会产生感应电流，故B错误；由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势与磁通量的变化率成正比，与磁通量的变化量无关，磁通量的变化量大，感应电动势不一定大，故C错误；由E＝L eq \f(ΔI,Δt) 可知，线圈中电流变化越快，线圈中产生的自感电动势一定越大，故D正确。
2.关于电磁感应，下列说法中正确的是（ ）
A．由于自感电流总是阻碍原电流的变化，所以自感电动势的方向总与原电流的方向相反
B．在自感系数一定的条件下，通过导体的电流引起的磁通量变化越大，产生的感应电动势就越大
C．在自感系数一定的条件下，通过导体的电流变化越快，产生的自感电动势越大
D．在自感现象中，电感线圈的自感系数与产生的自感电动势大小有关
【解析】选C。根据楞次定律，当原电流增大时，感应电动势与原电流方向相反；当原电流减小时，感应电动势与原电流方向相同，故A错误；在自感系数一定的条件下，根据法拉第电磁感应定律，则有：通过导体的电流的变化率越大，产生的自感电动势越大，与电流大小及电流变化的大小无关，故B错误，C正确；自感系数由线圈自身决定，与其他因素无关，故D错误。
【加固训练】
1.（多选）下列关于自感现象的论述中，正确的是（ ）
A．线圈的自感系数跟线圈内电流的变化率成正比
B．当线圈中电流减弱时，自感电动势的方向与原电流方向相反
C．当线圈中电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反
D．穿过线圈的磁通量的变化和线圈中电流的变化成正比
【解析】选C、D。线圈的自感系数是由线圈本身性质决定的，与线圈的长度、匝数、线圈的横截面积、铁芯的有无有关，而与线圈内电流强度的变化率无关，故A错误；自感电动势的方向总是阻碍原来线圈中电流的变化，即原来线圈中电流增大，自感电动势的方向与原电流方向相反；线圈中电流减弱，自感电动势的方向与原电流方向相同，故C正确，B错误。根据E＝L eq \f(ΔI,Δt) 和E＝n eq \f(ΔΦ,Δt) 比较可知ΔФ∝ΔI，则D正确。
2.（多选）线圈通以如图所示的随时间变化的电流，则（ ）
A．0～t1时间内线圈中的自感电动势最大
B．t1～t2时间内线圈中的自感电动势最大
C．t2～t3时间内线圈中的自感电动势最大
D．t1～t2时间内线圈中的自感电动势为零
【解析】选C、D。线圈中的自感电动势与通入的电流的变化率成正比，即E∝ eq \f(ΔI,Δt) 。根据图像分析：0～t1时间内的电流变化率小于t2～t3时间内的电流变化率，A错误，C正确；t1～t2时间内的电流变化率为零，自感电动势为零，B错误，D正确。
知识点二 通电自感和断电自感
提醒：通电时，线圈相当于断路；断电时，线圈相当于电源。
（教材二次开发·P26演示实验拓展）电路开关断开时为什么会产生电火花？
提示：电路中的开关断开时会产生很大的自感电动势，使得开关中的金属片之间产生电火花。
【典例】（多选）如图所示是演示自感现象的实验电路图。下列说法中正确的是（ ）
A.在断开开关S后的一段短暂时间里，L中仍有电流通过，方向为a→b
B．在断开开关S后的一段短暂时间里，A中仍有电流通过，方向为a→b
C．在断开开关S后，原存储在线圈内的大部分磁场能将转化为电能
D．在断开开关S后，原存储在线圈内的大部分磁场能将转化为化学能
【解析】选A、C。开关由闭合到断开瞬间，A灯中原来的电流突然消失，线圈中电流减小，产生自感电动势阻碍电流减小，自感电流流过A灯，灯过一会熄灭。根据楞次定律得知，线圈中电流方向自左向右，通过A灯电流方向自右向左，即为b→a。原存储在线圈内的大部分磁场能将转化为电能，A、C正确，B、D错误。
1.如图所示，电路中A、B是规格相同的灯泡，L是电阻可忽略不计的电感线圈，那么（ ）
A.断开S，B立即熄灭，A闪亮一下后熄灭
B．合上S，B先亮，A逐渐变亮，最后A、B一样亮
C．断开S，A立即熄灭，B由亮变暗后熄灭
D．合上S，A、B逐渐变亮，最后A、B一样亮
【解析】选A。断开S，线圈中电流要减小，会产生自感电动势，故只能缓慢减小，L与电灯A构成回路放电，故B立即熄灭，A闪亮一下后熄灭，A正确，C错误； 开关S闭合的瞬间，两灯同时获得电压，所以A、B同时发光；由于线圈的电阻可以忽略，A灯逐渐被短路，流过A灯的电流逐渐减小，流过B灯的电流逐渐增大，则A灯变暗，B灯变亮，B错误，D错误。
2.如图所示，A1和A2是两个规格完全相同的灯泡，A1与自感线圈L串联后接到电路中，A2与可变电阻串联后接到电路中。先闭合开关S，缓慢调节电阻R，使两个灯泡的亮度相同，再调节电阻R1，使两个灯泡都正常发光，然后断开开关S。对于这个电路，下列说法中正确的是（ ）
A.再闭合开关时，A1先亮，A2后亮
B．再闭合开关S时，A1和A2同时亮
C．再闭合开关S，待电路稳定后，重新断开开关S，A2立刻熄灭，A1过一会儿熄灭
D．再闭合开关S，待电路稳定后，重新断开开关S，A1和A2都要过一会儿才熄灭
【解析】选D。再次闭合开关S时，滑动变阻器R不产生感应电动势，灯泡A2立刻正常发光，线圈的电流增大，产生自感电动势，根据楞次定律得知，感应电动势阻碍电流的增大，使得电流逐渐增大，A1灯逐渐亮起来，故A、B错误；再闭合开关S，待电路稳定后，重新断开开关S，由于L产生自感，A1和A2与L、R构成一个闭合自感回路，A1和A2都要过一会儿才熄灭，故C错误，D正确。
【拓展例题】考查内容：自感现象的图像问题
【典例】如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，电感L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值。在t＝0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变化的图像中，正确的是（ ）
【解析】选B。闭合开关S后，灯泡D直接发光，电感L的电流逐渐增大，电路中的总电流也将逐渐增大，电源内电压增大，则路端电压UAB逐渐减小；断开开关S后，灯泡D中原来的电流突然消失，电感L中的电流通过灯泡形成的闭合回路逐渐减小，所以灯泡D中电流将反向，并逐渐减小为零，即UAB反向逐渐减小为零，所以选项B正确。
情境·模型·素养
随着科技的不断发展，小到手表、手机，大到电脑、电动汽车，都已经在无线充电方面实现了从理论研发到实际应用的转化。如图所示为某品牌手机无线充电的原理图。
探究：
（1）无线充电时，手机上接收线圈的工作原理是什么？
（2）接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率有何关系？是不是所有手机都能用该品牌无线底座进行无线充电？
提示：（1）无线充电时，手机接收线圈的工作原理是电磁感应；
（2）根据电磁感应原理，接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中频率相同。并不是所有手机都能进行无线充电，只有手机中有接收线圈时手机能利用电磁感应，进行无线充电。
如图是家庭用的“漏电保护器”的部分的原理图，入户的两根电线（火线和零线）采用双线绕法，然后再接户内的用电器。其中
P是一个铁芯，P上的另一线圈接Q，它是一个脱扣开关的控制部分（脱扣开关本身没有画出，它是串联在本图左边的火线上，开关断开时，用户的供电被切断），Q所接的线圈的两端之间，当a、b间没有电压时，Q使得脱扣开关闭合，当a、b间有电压时脱扣开关立即断开，使用户断电。
探究：
（1）用户正常用电时，a、b之间有没有电压？为什么？
（2）如果某人站在地面上，手误触火线而触电，脱扣开关是否会断开？为什么？
提示：（1）由题文中提取的有用信息是：“火线和零线采用双线”，正常工作时通过两线的电流时刻大小相等方向相反，在铁芯中磁通量时刻为零，因此，在Q所接线圈中不会产生电磁感应，a、b间没有电压。
（2）手误触火线时，相当于把入户线短接，通过人体的电流不通过线圈，所以火线通过的电流大于地线通过的电流，在铁芯中磁通量不再为零，因此，在Q所接线圈中产生电磁感应，a、b间有电压，Q会断开，从而保证了用户的用电安全。
课堂检测·素养达标
1.下列说法正确的是（ ）
A．感应电流的磁场总是与原磁场方向相反
B．线圈的自感作用是阻碍通过线圈的电流
C．当穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势一定为零
D．自感电动势阻碍原电流的变化
【解析】选D。当磁通量增大时，感应电流的磁场与它相反，当磁通量减小时，感应电流的磁场与它相同。即感应电流的磁场方向取决于引起感应电流的磁通量是增加还是减小，感应电流的方向与原来电流的方向没有关系，故A错误；线圈的自感作用是阻碍通过线圈的电流的变化，不是阻碍电流，故B错误；线圈的电动势的大小与磁通量的大小无关，与磁通量的变化率有关，故C错误；根据线圈自感的特点可知，自感电动势阻碍原电流的变化，故D正确。
2.（多选）如图所示的甲、乙电路，电阻R和自感线圈L的电阻都很小。接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则（ ）
A.在电路图甲中，断开S，A将渐渐变暗
B．在电路图甲中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
C．在电路图乙中，断开S，A将渐渐变暗
D．在电路图乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
【解析】选A、D。题图甲中，A与自感线圈L在同一个支路中，流过的电流相同，断开开关S时，线圈L中的自感电动势要维持原电流不变，所以开关断开的瞬间，A的电流不变，以后电流渐渐变小。因此，A渐渐变暗。题图乙中，A所在支路的电流比自感线圈所在支路的电流要小（因为自感线圈的电阻很小），断开开关S时，自感线圈的自感电动势要阻碍电流的变小，此瞬间自感线圈中的电流不变，自感线圈相当于一个电源给A供电。因此，反向流过A的瞬间电流要变大，然后渐渐变小，所以A将先闪亮一下，然后渐渐变暗。
【加固训练】
如图电路中，A、B是相同的两小灯泡。L是一个带铁芯线圈，电阻可不计。调节R，可使电路稳定时两灯都正常发光，则（ ）
A．合上S时，B立刻变亮，A慢慢变亮
B．断开S时，B比A先熄灭
C．断开S时，通过A、B两灯的电流方向都与原电流方向相同
D.断开S时，B灯会突然闪亮一下后再熄灭
【解析】选A。在开关合上时，B灯立即变亮；在开关合上瞬时，通过线圈的电流在增大，导致线圈出现自感电动势，从而阻碍灯泡A的电流增大，则A灯慢慢变亮，最后达到正常发光状态，故A正确；断开开关S的瞬间，由于L的自感电动势的存在，在L和A中的电流会通过L、A、B形成新的回路维持不变，通过A灯的电流的方向不变，而B灯的电流方向与原电流方向相反，则A、B两灯都会慢慢熄灭；断开开关S的瞬间，因通过两灯的电流大小与原来的电流大小相同，所以两灯会慢慢熄灭，但不会闪亮一下，故B、C、D错误。
3.（多选）如图为演示自感现象的实验电路，两灯泡完全相同，电感线圈的自感系数较大，且使得滑动变阻器R接入电路中的阻值与线圈直流电阻相等，下列判断正确的是（ ）
A．接通开关S，灯A1、A2立即变亮
B．接通开关S，灯A1逐渐变亮，A2立即变亮
C．断开开关S，灯A1、A2逐渐熄灭
D．断开开关S，灯A1逐渐熄灭，A2闪一下后逐渐熄灭
【解析】选B、C。电阻R不产生自感现象，接通开关S瞬间，灯A2立即正常发光。而电感线圈L产生自感电动势，根据楞次定律得知，自感电动势阻碍电流的增大，使得电路中电流只能逐渐增大，所以闭合开关的瞬间，A1灯逐渐变亮，即A2灯先亮，A1灯后亮，故A错误，B正确；闭合开关，待电路稳定后两支路电流相等，断开开关，原来通过A2灯的电流立即消失，电感线圈L产生自感电动势，相当于电源，两灯串联，自感电流流过两灯，两灯逐渐熄灭，故C正确，D错误。故选B、C。
4.司机把车停在了路边，小明跑到一个小超市买了一瓶水，回来系好安全带后才打火启动汽车，继续向前走。小明很奇怪，司机只是轻轻地一扭钥匙，汽油机就点火启动了，这是什么原理呢？小明立即用手机搜索了一下，原来，电子点火器用到了刚学不久的自感现象！为了把原理说明白，小明设计了如下一个电路：如图所示，电源电动势为E、内阻可以忽略不计，L是一个匝数很多且有铁芯的线圈，其直流电阻为r，a、b之间的定值电阻阻值为R。然后小明设想了这样一组操作过程：先将开关S接通，电路稳定后，断开S，请你按小明的思路完成如下问题的分析：
（1）断开S瞬间，试确定通过定值电阻的电流大小和方向；
（2）断开S瞬间，线圈L相当于电源，试确定这个电源的电动势的大小；
（3）若R不是一个定值电阻，而是两个彼此靠近的金属电极，试说明断开S瞬间，两电极间产生电火花的原因。
【解析】（1）断开S前，通过L的电流为
I＝ eq \f(E,r) ，方向向右。
由楞次定律可知，断开S后，L中的电流只能从原来的值逐渐减小，这个电流通过R，因此，断开S瞬间，通过R的电流大小为
I＝ eq \f(E,r) ，方向向左。
（2）断开S瞬间，线圈L相当于电源，L和R构成的回路总电阻为（R＋r），由闭合电路欧姆定律可知，L中产生的自感电动势大小为
E自＝I（R＋r）
代入I＝ eq \f(E,r) ，解得
E自＝ eq \f(R＋r,r) E
（3）两靠近的金属电极间电阻极大，接近无穷大，根据E自＝I（R＋r）可知，断开S瞬间，L中产生的自感电动势很大，两个电极间的电压就会极高，因此极易击穿空气发生火花放电。
答案：（1） eq \f(E,r) ，方向向左
（2） eq \f(R＋r,r) E
（3）见解析
课 程 标 准
素 养 目 标
1.通过实验，了解自感现象。
2.能举例说明自感现象在生产生活中的应用。
1.了解自感现象和互感现象的概念，解释自然现象，解决实际问题。（物理观念）
2.能在问题情境中应用楞次定律判断自感电动势的方向，知道自感电动势的大小符合法拉第电磁感应定律。（科学思维）
3.通过实验观察通电自感和断电自感现象，并能解释其工作原理。（科学探究）
电路
现象
自感电动势的作用
通电
自感
接通电源的瞬间，灯泡A1较慢地亮起来
阻碍电流的增加
断电
自感
断开开关的瞬间，灯泡A逐渐变暗。有时灯泡A会闪亮一下，然后逐渐变暗
阻碍电流的减小
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I1突然变大，然后逐渐减小达到稳定
断电时
电流逐渐减小，灯泡逐渐变暗，电流方向不变
电路中稳定电流为I1、I2
①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗
②若I2>I1，灯泡闪亮一下后逐渐变暗，两种情况灯泡电流方向均改变
一、互感现象
二、自感现象
1.自感现象：一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场在它本身激发出感应电动势的现象，产生的电动势叫作自感电动势。
2.通电自感和断电自感：
3.自感系数：
（1）自感电动势的大小：E＝L eq \f(ΔI,Δt) ，其中L是线圈的自感系数，简称自感或电感。
（2）单位：亨利，符号：H。常用的还有毫亨（mH）和微亨（μH）。换算关系是：1H＝103mH＝106μH。
（3）决定线圈自感系数大小的因素：线圈的大小、形状、圈数以及是否有铁芯等。
三、自感现象中的能量转化
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“惯性”：自感电动势有阻碍线圈中电流变化的“惯性”。
【易错辨析】
（1）自感现象中，感应电动势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也较大。（√）
（4）没有发生自感现象时，即使有磁场也不会存储能量。（×）
关键能力·合作学习
知识点一 对自感现象的理解
1.自感现象的产生：当线圈中的电流变化时，产生的磁场及穿过自身的磁通量随之变化，依据楞次定律，会在自身产生感应电动势，叫自感电动势。
2.规律：自感现象也是电磁感应现象，也符合楞次定律，可表述为自感电动势总要阻碍引起自感的原电流的变化。
①当原电流增加时，自感电动势阻碍原电流的增加，方向与原电流方向相反。
②当原电流减小时，自感电动势阻碍原电流的减小，方向与原电流方向相同。
③自感电动势总要阻碍引起自感的原电流的变化，但阻止不住，只是变化得慢了。
收音机里的“磁性天线”怎样把广播电台的信号从一个线圈传到另一个线圈？
提示：利用互感现象。
【典例】（多选）关于自感现象，下列说法中正确的是（ ）
A．对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感系数也较大
B.线圈中产生的自感电动势较大的其自感系数一定较大
C．感应电流方向不一定和原电流方向相反
D．对于同一线圈，电流变化越快，线圈中的自感电动势越大
【解题探究】
（1）线圈中的自感电动势的大小由什么决定？
提示：根据E＝L eq \f(ΔI,Δt) 可知，线圈中的自感电动势的大小由线圈的自感系数和电流变化快慢决定。
（2）线圈的自感系数与什么有关？
提示：自感系数的决定因素：线圈的大小、形状、圈数，以及是否有铁芯。
【解析】选C、D。自感系数是由线圈本身的特性决定的，与自感电动势的大小、电流变化快慢无关，A、B错误；根据楞次定律，当原电流增大时，感应电流与原电流方向相反；当原电流减小时，感应电流与原电流方向相同，C正确；根据法拉第电磁感应定律，电流变化越快时，磁通量变化越快，自感系数不变，自感电动势越大，D正确。
1.关于电磁感应现象，下列说法中正确的是（ ）
A．穿过螺线管的磁通量发生变化时，螺线管内部就一定有感应电流产生
B．只要电路的一部分做切割磁感线运动，电路中就一定有感应电流
C．线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大
D．线圈中电流变化越快，线圈中产生的自感电动势一定越大
【解析】选D。穿过闭合回路的磁通量变化时，电路中产生感应电流，穿过螺线管的磁通量发生变化时，如果电路不闭合，螺线管内部不一定产生感应电流，故A错误；穿过闭合回路的磁通量变化时，电路中产生感应电流，电路的一部分做切割磁感线运动时，如果电路不闭合，电路不会产生感应电流，故B错误；由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势与磁通量的变化率成正比，与磁通量的变化量无关，磁通量的变化量大，感应电动势不一定大，故C错误；由E＝L eq \f(ΔI,Δt) 可知，线圈中电流变化越快，线圈中产生的自感电动势一定越大，故D正确。
2.关于电磁感应，下列说法中正确的是（ ）
A．由于自感电流总是阻碍原电流的变化，所以自感电动势的方向总与原电流的方向相反
B．在自感系数一定的条件下，通过导体的电流引起的磁通量变化越大，产生的感应电动势就越大
C．在自感系数一定的条件下，通过导体的电流变化越快，产生的自感电动势越大
D．在自感现象中，电感线圈的自感系数与产生的自感电动势大小有关
【解析】选C。根据楞次定律，当原电流增大时，感应电动势与原电流方向相反；当原电流减小时，感应电动势与原电流方向相同，故A错误；在自感系数一定的条件下，根据法拉第电磁感应定律，则有：通过导体的电流的变化率越大，产生的自感电动势越大，与电流大小及电流变化的大小无关，故B错误，C正确；自感系数由线圈自身决定，与其他因素无关，故D错误。
【加固训练】
1.（多选）下列关于自感现象的论述中，正确的是（ ）
A．线圈的自感系数跟线圈内电流的变化率成正比
B．当线圈中电流减弱时，自感电动势的方向与原电流方向相反
C．当线圈中电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反
D．穿过线圈的磁通量的变化和线圈中电流的变化成正比
【解析】选C、D。线圈的自感系数是由线圈本身性质决定的，与线圈的长度、匝数、线圈的横截面积、铁芯的有无有关，而与线圈内电流强度的变化率无关，故A错误；自感电动势的方向总是阻碍原来线圈中电流的变化，即原来线圈中电流增大，自感电动势的方向与原电流方向相反；线圈中电流减弱，自感电动势的方向与原电流方向相同，故C正确，B错误。根据E＝L eq \f(ΔI,Δt) 和E＝n eq \f(ΔΦ,Δt) 比较可知ΔФ∝ΔI，则D正确。
2.（多选）线圈通以如图所示的随时间变化的电流，则（ ）
A．0～t1时间内线圈中的自感电动势最大
B．t1～t2时间内线圈中的自感电动势最大
C．t2～t3时间内线圈中的自感电动势最大
D．t1～t2时间内线圈中的自感电动势为零
【解析】选C、D。线圈中的自感电动势与通入的电流的变化率成正比，即E∝ eq \f(ΔI,Δt) 。根据图像分析：0～t1时间内的电流变化率小于t2～t3时间内的电流变化率，A错误，C正确；t1～t2时间内的电流变化率为零，自感电动势为零，B错误，D正确。
知识点二 通电自感和断电自感
提醒：通电时，线圈相当于断路；断电时，线圈相当于电源。
（教材二次开发·P26演示实验拓展）电路开关断开时为什么会产生电火花？
提示：电路中的开关断开时会产生很大的自感电动势，使得开关中的金属片之间产生电火花。
【典例】（多选）如图所示是演示自感现象的实验电路图。下列说法中正确的是（ ）
A.在断开开关S后的一段短暂时间里，L中仍有电流通过，方向为a→b
B．在断开开关S后的一段短暂时间里，A中仍有电流通过，方向为a→b
C．在断开开关S后，原存储在线圈内的大部分磁场能将转化为电能
D．在断开开关S后，原存储在线圈内的大部分磁场能将转化为化学能
【解析】选A、C。开关由闭合到断开瞬间，A灯中原来的电流突然消失，线圈中电流减小，产生自感电动势阻碍电流减小，自感电流流过A灯，灯过一会熄灭。根据楞次定律得知，线圈中电流方向自左向右，通过A灯电流方向自右向左，即为b→a。原存储在线圈内的大部分磁场能将转化为电能，A、C正确，B、D错误。
1.如图所示，电路中A、B是规格相同的灯泡，L是电阻可忽略不计的电感线圈，那么（ ）
A.断开S，B立即熄灭，A闪亮一下后熄灭
B．合上S，B先亮，A逐渐变亮，最后A、B一样亮
C．断开S，A立即熄灭，B由亮变暗后熄灭
D．合上S，A、B逐渐变亮，最后A、B一样亮
【解析】选A。断开S，线圈中电流要减小，会产生自感电动势，故只能缓慢减小，L与电灯A构成回路放电，故B立即熄灭，A闪亮一下后熄灭，A正确，C错误； 开关S闭合的瞬间，两灯同时获得电压，所以A、B同时发光；由于线圈的电阻可以忽略，A灯逐渐被短路，流过A灯的电流逐渐减小，流过B灯的电流逐渐增大，则A灯变暗，B灯变亮，B错误，D错误。
2.如图所示，A1和A2是两个规格完全相同的灯泡，A1与自感线圈L串联后接到电路中，A2与可变电阻串联后接到电路中。先闭合开关S，缓慢调节电阻R，使两个灯泡的亮度相同，再调节电阻R1，使两个灯泡都正常发光，然后断开开关S。对于这个电路，下列说法中正确的是（ ）
A.再闭合开关时，A1先亮，A2后亮
B．再闭合开关S时，A1和A2同时亮
C．再闭合开关S，待电路稳定后，重新断开开关S，A2立刻熄灭，A1过一会儿熄灭
D．再闭合开关S，待电路稳定后，重新断开开关S，A1和A2都要过一会儿才熄灭
【解析】选D。再次闭合开关S时，滑动变阻器R不产生感应电动势，灯泡A2立刻正常发光，线圈的电流增大，产生自感电动势，根据楞次定律得知，感应电动势阻碍电流的增大，使得电流逐渐增大，A1灯逐渐亮起来，故A、B错误；再闭合开关S，待电路稳定后，重新断开开关S，由于L产生自感，A1和A2与L、R构成一个闭合自感回路，A1和A2都要过一会儿才熄灭，故C错误，D正确。
【拓展例题】考查内容：自感现象的图像问题
【典例】如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，电感L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值。在t＝0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变化的图像中，正确的是（ ）
【解析】选B。闭合开关S后，灯泡D直接发光，电感L的电流逐渐增大，电路中的总电流也将逐渐增大，电源内电压增大，则路端电压UAB逐渐减小；断开开关S后，灯泡D中原来的电流突然消失，电感L中的电流通过灯泡形成的闭合回路逐渐减小，所以灯泡D中电流将反向，并逐渐减小为零，即UAB反向逐渐减小为零，所以选项B正确。
情境·模型·素养
随着科技的不断发展，小到手表、手机，大到电脑、电动汽车，都已经在无线充电方面实现了从理论研发到实际应用的转化。如图所示为某品牌手机无线充电的原理图。
探究：
（1）无线充电时，手机上接收线圈的工作原理是什么？
（2）接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率有何关系？是不是所有手机都能用该品牌无线底座进行无线充电？
提示：（1）无线充电时，手机接收线圈的工作原理是电磁感应；
（2）根据电磁感应原理，接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中频率相同。并不是所有手机都能进行无线充电，只有手机中有接收线圈时手机能利用电磁感应，进行无线充电。
如图是家庭用的“漏电保护器”的部分的原理图，入户的两根电线（火线和零线）采用双线绕法，然后再接户内的用电器。其中
P是一个铁芯，P上的另一线圈接Q，它是一个脱扣开关的控制部分（脱扣开关本身没有画出，它是串联在本图左边的火线上，开关断开时，用户的供电被切断），Q所接的线圈的两端之间，当a、b间没有电压时，Q使得脱扣开关闭合，当a、b间有电压时脱扣开关立即断开，使用户断电。
探究：
（1）用户正常用电时，a、b之间有没有电压？为什么？
（2）如果某人站在地面上，手误触火线而触电，脱扣开关是否会断开？为什么？
提示：（1）由题文中提取的有用信息是：“火线和零线采用双线”，正常工作时通过两线的电流时刻大小相等方向相反，在铁芯中磁通量时刻为零，因此，在Q所接线圈中不会产生电磁感应，a、b间没有电压。
（2）手误触火线时，相当于把入户线短接，通过人体的电流不通过线圈，所以火线通过的电流大于地线通过的电流，在铁芯中磁通量不再为零，因此，在Q所接线圈中产生电磁感应，a、b间有电压，Q会断开，从而保证了用户的用电安全。
课堂检测·素养达标
1.下列说法正确的是（ ）
A．感应电流的磁场总是与原磁场方向相反
B．线圈的自感作用是阻碍通过线圈的电流
C．当穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势一定为零
D．自感电动势阻碍原电流的变化
【解析】选D。当磁通量增大时，感应电流的磁场与它相反，当磁通量减小时，感应电流的磁场与它相同。即感应电流的磁场方向取决于引起感应电流的磁通量是增加还是减小，感应电流的方向与原来电流的方向没有关系，故A错误；线圈的自感作用是阻碍通过线圈的电流的变化，不是阻碍电流，故B错误；线圈的电动势的大小与磁通量的大小无关，与磁通量的变化率有关，故C错误；根据线圈自感的特点可知，自感电动势阻碍原电流的变化，故D正确。
2.（多选）如图所示的甲、乙电路，电阻R和自感线圈L的电阻都很小。接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则（ ）
A.在电路图甲中，断开S，A将渐渐变暗
B．在电路图甲中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
C．在电路图乙中，断开S，A将渐渐变暗
D．在电路图乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
【解析】选A、D。题图甲中，A与自感线圈L在同一个支路中，流过的电流相同，断开开关S时，线圈L中的自感电动势要维持原电流不变，所以开关断开的瞬间，A的电流不变，以后电流渐渐变小。因此，A渐渐变暗。题图乙中，A所在支路的电流比自感线圈所在支路的电流要小（因为自感线圈的电阻很小），断开开关S时，自感线圈的自感电动势要阻碍电流的变小，此瞬间自感线圈中的电流不变，自感线圈相当于一个电源给A供电。因此，反向流过A的瞬间电流要变大，然后渐渐变小，所以A将先闪亮一下，然后渐渐变暗。
【加固训练】
如图电路中，A、B是相同的两小灯泡。L是一个带铁芯线圈，电阻可不计。调节R，可使电路稳定时两灯都正常发光，则（ ）
A．合上S时，B立刻变亮，A慢慢变亮
B．断开S时，B比A先熄灭
C．断开S时，通过A、B两灯的电流方向都与原电流方向相同
D.断开S时，B灯会突然闪亮一下后再熄灭
【解析】选A。在开关合上时，B灯立即变亮；在开关合上瞬时，通过线圈的电流在增大，导致线圈出现自感电动势，从而阻碍灯泡A的电流增大，则A灯慢慢变亮，最后达到正常发光状态，故A正确；断开开关S的瞬间，由于L的自感电动势的存在，在L和A中的电流会通过L、A、B形成新的回路维持不变，通过A灯的电流的方向不变，而B灯的电流方向与原电流方向相反，则A、B两灯都会慢慢熄灭；断开开关S的瞬间，因通过两灯的电流大小与原来的电流大小相同，所以两灯会慢慢熄灭，但不会闪亮一下，故B、C、D错误。
3.（多选）如图为演示自感现象的实验电路，两灯泡完全相同，电感线圈的自感系数较大，且使得滑动变阻器R接入电路中的阻值与线圈直流电阻相等，下列判断正确的是（ ）
A．接通开关S，灯A1、A2立即变亮
B．接通开关S，灯A1逐渐变亮，A2立即变亮
C．断开开关S，灯A1、A2逐渐熄灭
D．断开开关S，灯A1逐渐熄灭，A2闪一下后逐渐熄灭
【解析】选B、C。电阻R不产生自感现象，接通开关S瞬间，灯A2立即正常发光。而电感线圈L产生自感电动势，根据楞次定律得知，自感电动势阻碍电流的增大，使得电路中电流只能逐渐增大，所以闭合开关的瞬间，A1灯逐渐变亮，即A2灯先亮，A1灯后亮，故A错误，B正确；闭合开关，待电路稳定后两支路电流相等，断开开关，原来通过A2灯的电流立即消失，电感线圈L产生自感电动势，相当于电源，两灯串联，自感电流流过两灯，两灯逐渐熄灭，故C正确，D错误。故选B、C。
4.司机把车停在了路边，小明跑到一个小超市买了一瓶水，回来系好安全带后才打火启动汽车，继续向前走。小明很奇怪，司机只是轻轻地一扭钥匙，汽油机就点火启动了，这是什么原理呢？小明立即用手机搜索了一下，原来，电子点火器用到了刚学不久的自感现象！为了把原理说明白，小明设计了如下一个电路：如图所示，电源电动势为E、内阻可以忽略不计，L是一个匝数很多且有铁芯的线圈，其直流电阻为r，a、b之间的定值电阻阻值为R。然后小明设想了这样一组操作过程：先将开关S接通，电路稳定后，断开S，请你按小明的思路完成如下问题的分析：
（1）断开S瞬间，试确定通过定值电阻的电流大小和方向；
（2）断开S瞬间，线圈L相当于电源，试确定这个电源的电动势的大小；
（3）若R不是一个定值电阻，而是两个彼此靠近的金属电极，试说明断开S瞬间，两电极间产生电火花的原因。
【解析】（1）断开S前，通过L的电流为
I＝ eq \f(E,r) ，方向向右。
由楞次定律可知，断开S后，L中的电流只能从原来的值逐渐减小，这个电流通过R，因此，断开S瞬间，通过R的电流大小为
I＝ eq \f(E,r) ，方向向左。
（2）断开S瞬间，线圈L相当于电源，L和R构成的回路总电阻为（R＋r），由闭合电路欧姆定律可知，L中产生的自感电动势大小为
E自＝I（R＋r）
代入I＝ eq \f(E,r) ，解得
E自＝ eq \f(R＋r,r) E
（3）两靠近的金属电极间电阻极大，接近无穷大，根据E自＝I（R＋r）可知，断开S瞬间，L中产生的自感电动势很大，两个电极间的电压就会极高，因此极易击穿空气发生火花放电。
答案：（1） eq \f(E,r) ，方向向左
（2） eq \f(R＋r,r) E
（3）见解析
课 程 标 准
素 养 目 标
1.通过实验，了解自感现象。
2.能举例说明自感现象在生产生活中的应用。
1.了解自感现象和互感现象的概念，解释自然现象，解决实际问题。（物理观念）
2.能在问题情境中应用楞次定律判断自感电动势的方向，知道自感电动势的大小符合法拉第电磁感应定律。（科学思维）
3.通过实验观察通电自感和断电自感现象，并能解释其工作原理。（科学探究）
电路
现象
自感电动势的作用
通电
自感
接通电源的瞬间，灯泡A1较慢地亮起来
阻碍电流的增加
断电
自感
断开开关的瞬间，灯泡A逐渐变暗。有时灯泡A会闪亮一下，然后逐渐变暗
阻碍电流的减小
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I1突然变大，然后逐渐减小达到稳定
断电时
电流逐渐减小，灯泡逐渐变暗，电流方向不变
电路中稳定电流为I1、I2
①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗
②若I2>I1，灯泡闪亮一下后逐渐变暗，两种情况灯泡电流方向均改变
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