2019高中物理 第一章 电磁感应 6 自感学案 教科版选修3-2.doc

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1、16 6自感自感学 习 目 标知 识 脉 络1知道什么是自感现象并理解自感电动势的作用2知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量，知道其单位及影响因素(重点)3知道日光灯管的结构和工作原理4会判断通电自感和断电自感中灯泡亮度的变化(重点、难点)自 主 预 习探 新 知知识梳理一、自感现象1实验探究：通电自感和断电自感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 D1慢慢变亮 阻碍电流的增加 断电自感断开开关的瞬间，灯泡 D 延迟熄灭有时灯泡 D 会闪亮一下，然后逐渐变暗阻碍电流的减小 2.自感现象(1)自感：由于导体线圈本身的电流发生变化而引起的电磁感应现象(2)自感电动势：在自感现象中

2、产生的电动势(3)作用：自感电动势总阻碍导体中原电流的变化二、自感系数1自感电动势大小公式ELL.I t2自感系数(1)物理意义：表征线圈产生自感电动势本领的大小(2)决定因素：自感系数是由线圈本身性质决定的，跟线圈的形状、体积、匝数等因素有关另外有无铁芯对线圈的自感系数影响很大2(3)单位：亨(H)、毫亨(mH)、微亨(H)1 H103 mH106 H.三、自感的典型应用日光灯1日光灯的构造及电路图日光灯由灯管、灯丝、镇流器和启动器组成，灯管中充有微量的惰性气体和稀薄的汞蒸气，镇流器、灯丝和启动器的电路是串联的电路图如图 161 所示图 1612启动器的构造及作用启动器是一个充有氖气的小玻璃

3、泡，里面有两个电极，一个是固定不动的静触片，另一个是双金属片制成的 U 型动触片启动器的作用是在开关闭合后，使电路短暂接通再将电路断开，相当于一个自动开关3镇流器的作用在启动器短暂接通电路再将电路断开的瞬间，镇流器中的电流急剧减小，产生很高的自感电动势：这个自感电动势的方向与原来电源的电压方向相同，它们合在一起，形成一个瞬时高电压，加在灯管两端，使灯管中的气体放电，于是日光灯管成为电流的通路，开始发光日光灯正常发光时，镇流器在电路中起着降压限流作用，保证日光灯的正常工作基础自测1思考判断(1)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化()(2)自感电动势的方向一定与原电流的方向相反()(3)通过线圈

4、的电流增大的越来越快，则自感系数变大()(4)日光灯正常发光后，拿掉启动器，日光灯将熄灭()(5)日光灯正常工作时，镇流器起降压限流的作用()(6)日光灯启动时，镇流器产生瞬时高压，从而使灯管中的气体放电，开始发光()2如图 162 所示电路中，当开关 S 断开瞬间( )3图 162A流经R2的电流方向向右，流经L的电流方向向左B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A A 在 S 断开前，自感线圈L中有自右向左的电流，断开 S 后瞬间，通过L的电流要减小，于是L中产生自感电动势，阻碍自身电流的减小，但电流还是逐渐减小为零，原来

5、跟L并联的电阻R2，由于电源的断开，向左的电流会立即消失，但此时它却与L形成了串联的回路，L中维持的正在减弱的电流恰好从电阻R2中流过，方向由左到右3若将图 163 甲中启动器换为开关 S1，并给镇流器并联一个开关 S2，如图 163乙所示，则下列叙述正确的是( )图 163A只把 S3接通，日光灯就能正常发光B把 S3、S1接通后，S2不接通，日光灯就能正常发光CS2不接通，接通 S3、S1后，再断开 S1，日光灯就能正常发光D当日光灯正常发光后，再接通 S2，日光灯仍能正常发光C C 一般日光灯启动时瞬间把电源、灯丝、镇流器接通，然后自动断开，靠镇流器产生瞬时高压，使灯管内气体导电，所以启

6、动时既要使乙图中 S3闭合，又需使 S1瞬间闭合再断开，A、B 错，C 对；正常工作时镇流器起降压限流作用，若把乙图中 S2闭合，则镇流器失去作用，日光灯不能正常工作，D 错合 作 探 究攻 重 难对自感现象的理解1对自感电动势的理解(1)产生原因通过线圈的电流发生变化，导致穿过线圈的磁通量发生变化，因而在原线圈上产生感应电动势(2)自感电动势的方向4当原电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反；当原电流减小时，自感电动势方向与原电流方向相同(即：增反减同)(3)自感电动势的作用阻碍原电流的变化，而不是阻止，原电流仍在变化，只是使原电流的变化时间变长，即总是起着推迟电流变化的作用2对电感线

7、圈阻碍作用的理解(1)若电路中的电流正在改变，电感线圈会产生自感电动势阻碍电路中电流的变化，使得通过电感线圈的电流不能突变(2)若电路中的电流是稳定的，电感线圈相当于一段导线，其阻碍作用是由绕制线圈的导线的电阻引起的3自感现象的分析思路明确通过自感线圈的电流的变化情况增大或减小根据“增反减同”，判断自感电动势的方向分析阻碍的结果：电流增大时，由于自感电动势的作用，线圈中电流逐渐增大，与线圈串联的元件中的电流也逐渐增大；电流减小时，由于自感电动势的作用，线圈中电流逐渐减小，与线圈串联的元件中的电流也逐渐减小名师提醒 1通电时，自感线圈相当于一个变化的电阻，阻值由无穷大逐渐减小，通电瞬间自感线圈处

8、相当于断路.2断电时，自感线圈相当于电源，自感电动势由某值逐渐减小到零.3电流稳定时，自感线圈相当于导体.(多选)如图 164 所示的电路中，a、b、c 为三盏完全相同的灯泡，L是一个自感系数很大、直流电阻为零的自感线圈，E为电源，S 为开关关于三盏灯泡，下列说法正确的是( )图 164A合上开关，c、b 先亮，a 后亮B合上开关一会后，a、b 一样亮5C断开开关，b、c 同时熄灭，a 缓慢熄灭D断开开关，c 马上熄灭，b 闪一下后和 a 一起缓慢熄灭思路点拨：线圈的自感系数很大，能够产生足够大的自感电动势线圈的直流电阻为零，电路稳定后线圈相当于普通导线ABAB 闭合开关 S 时，由于线圈L的

9、自感作用，流过 a 灯的电流逐渐增大，所以 a 灯后亮，b、c 灯与电源构成回路，所以 b、c 灯先亮，故 A 正确；合上开关一会后，电路稳定，L是一个直流电阻为零的自感线圈，可视为导线，a、b 灯完全相同，并联电压相同，故a、b 灯一样亮，故 B 正确；断开开关瞬间，a、b 灯与线圈构成闭合回路，由于L的自感作用，a、b 灯的电流要逐渐减小，故 c 灯马上熄灭，a、b 灯缓慢熄灭，C 错误；由于电路稳定时，a、b 灯中电流相同，故 b 灯无闪亮现象，D 错误通、断电自感中灯泡亮度变化问题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，灯泡逐渐变亮灯泡立即变亮(自感线圈电阻不可忽略)

10、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(1)若I2I1，灯泡逐渐变暗(2)若I2I1，灯泡闪亮后逐渐变暗，两种情况灯泡电流方向均改变针对训练1(多选)如图 165 所示的电路中，电源电动势为E，内阻r不能忽略R1和R2是两个定值电阻，L是一个自感系数较大的线圈开关 S 原来是断开的，从闭合开关 S 到电路中电流达到稳定为止的时间内，通过R1的电流I1和通过R2的电流I2的变化情况是( )【导学号：24622031】图 165AI1开始较大而后逐渐变小BI1开始很小而后逐渐变大CI2开始很小而后逐渐变大6DI2开始较大而后逐渐变小ACAC 闭合开关 S 时，由于

11、L是一个自感系数较大的线圈，产生反向的自感电动势阻碍电流的变化，所以开始I2很小，随着电流达到稳定，自感作用减小，I2开始逐渐变大闭合开关 S 时，由于线圈阻碍作用很大，路端电压较大，随着自感作用减小，路端电压减小，所以R1上的电压逐渐减小，电流逐渐减小，故 A、C 正确2(多选)如图 166 甲、乙电路中，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，则下列说法中正确的是( )甲 乙图 166A在电路甲中，断开 S，A 将渐渐变暗B在电路甲中，断开 S，A 将先变得更亮，然后渐渐变暗C在电路乙中，断开 S，A 将渐渐变暗D在电路乙中，断开 S，A 将先变得更亮，然

12、后渐渐变暗ADAD 电阻R和自感线圈L的电阻都很小，图甲中，闭合 S 时，ILIR，断开 S 后，通过灯泡的电流在IL的基础上变小，所以乙图中灯泡会突然亮一下，然后渐渐变暗自感现象中的图像问题分析如图 167 所示电路中，S 是闭合的，此时流过线圈L的电流为I1，流过灯D 的电流为I2，且I1I2，在t1时刻将 S 断开，那么流过灯 D 的电流随时间变化的曲线是下列图中的( )图 1677A BC D思路点拨：S 断开瞬间，回路中电流的大小和方向由线圈L中的电流决定因线圈的自感作用，回路中的电流逐渐减小到零D D 注意分析各段时间内流过灯 D 电流的方向的变化情况S 闭合时流过灯 D 的电流大

13、小为I2，方向由左向右；S 断开时灯 D 中电流立即减小为零，由于线圈L的作用，I1不能立即减小为零，L与灯 D 构成闭合电路，其中电流由I1逐渐减小至零，流经灯 D 的电流方向由右向左，故选 D.1S 断开时，因自感作用，线圈L中的电流不能立即减小为零，要通过回路逐渐减小为零.2回路中的电流方向与 S 断开前线圈L中的电流方向相同.3回路中的电流从线圈L中原来的电流大小开始逐渐减小，但不是均匀减小.针对训练3(多选)某线圈中通有如图 168 所示的电流，则线圈中自感电动势改变方向的时刻有( ) 【导学号：24622032】图 168A第 1 s 末 B第 2 s 末C第 3 s 末 D第 4

14、 s 末BDBD 自感电动势EL，当电流的变化率为零时，自感电动势的方向发生改变由I t题图可知t2 s 和t4 s 时为零故选项 B、D 正确I t4.如图 169 所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，电感线圈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tt1时8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( )图 169A B C DB B 开关 S 闭合的瞬间，由于电感L的阻碍作用，由R与L组成的支路相当于断路，后来由于L的阻碍作用不断减小，相当于外电路并联部分的电阻不断减小，根据闭合电路欧姆定律I知，整个电

15、路中的总电流不断增大，由U内Ir得内电压不断增大，由E RrUABEIr得路端电压UAB不断减小电路稳定后，由于R的阻值大于灯泡 D 的阻值，所以流过L支路的电流小于流过灯泡 D 的电流当开关断开时，由于电感L的自感作用，流过灯泡 D 的电流立即与L中的电流相等，与灯泡中原来的电流方向相反且逐渐减小，即UAB反向且逐渐减小，选项 B 正确对日光灯工作原理的理解1.对启动器工作原理的认识启动器主要由电容器和玻璃泡组成，电容器与玻璃泡并联玻璃泡内构造如图 1610所示玻璃泡内充有氖气，泡内装有两个金属片，一个是固定不动的静触片，另一个是由双金属片制成的 U 形动触片，动、静触片之间留有小缝隙，形成

16、两个电极图 1610启动器的主要作用是在开关闭合后，利用氖管的辉光放电，通过动、静触片的接通和断开过程，使镇流器产生瞬时高电压2对镇流器工作原理的认识镇流器是一个带铁芯的线圈，其自感系数很大镇流器在日光灯启动阶段和正常发光阶段，起着不尽相同的作用，具体表现为：(1)在灯管启动时，镇流器能够产生一个高出电源电压很多的瞬时电压，使日光灯内的9气体导电，而被点亮(2)在日光灯启动后，因为日光灯的电阻变得很小，只允许通过不大的电流，否则就会将灯管烧坏这时加在灯管两端的电压低于电源电压，此要求也是通过镇流器来实现的，镇流器起降压限流作用家用日光灯电路如图 1611 所示，S 为启动器，A 为灯管，C 为

17、镇流器，关于日光灯的工作原理，下列说法正确的是( )图 1611A镇流器的作用是把交流电变为直流电B在日光灯正常发光时，启动器中的两个触片是分开的C日光灯发出的光是电流加热灯丝发出的D日光灯发出的光是汞原子受到激发后直接辐射的B B 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，故 A 错误；电路接通后，启动器中的氖气停止放电(启动器分压少、辉光放电无法进行，不工作)，U 型动触片冷却收缩，两个触片分离，B 正确；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，碰撞管内氖气分子，使之迅速电离在紫外线的激发下，管壁上的荧光粉

18、发出近乎白色的可见光故 C、D 错误故选 B.针对训练5人类生活中对能源的可持续利用可以通过节能方式体现，日光灯是最常用的节能照明工具，它的主要构成有灯管、镇流器、启动器启动器的构造如图 1612 所示，为了便于日光灯工作，常在启动器两端并上一个纸质电容器C.现有一盏日光灯总是出现灯管两端亮而中间不亮，经检查，灯管是好的，电源电压正常，镇流器无故障，其原因可能是 ( )【导学号：24622033】图 1612A启动器两脚A、B与启动器座接触不良10B电容器C断路C电容器C击穿而短路D镇流器自感系数L太大C C 由题意知镇流器无故障，故 D 项错误；日光灯管两端亮而中间不亮，说明灯管两端的灯丝处

19、于通电状态，即启动器接通，但不能自动断开，说明电容器C短路了，选 C.6如图所示，S 为启动器，L为镇流器，其中日光灯的接线图正确的是( )A B C DA A 根据日光灯的工作原理，要想使日光灯发光，灯丝需要预热发出电子，灯管两端应有瞬时高压，这两个条件缺一不可当动、静触片分离后，选项 B 中灯管和电源断开，选项 B 错误；选项 C 中镇流器与灯管断开，无法将瞬时高压加在灯管两端，选项 C 错误；选项 D 中灯丝左、右两端分别被短接，无法预热放出电子，不能使灯管气体导电，选项 D错误只有 A 项满足发光条件当 堂 达 标固 双 基1关于自感现象，下列说法正确的是 ( )A感应电流一定和原来的

20、电流方向相反B对于同一线圈，当电流变化越大时，线圈产生的自感电动势也越大C对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈的自感系数也越大D对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈中的自感电动势也越大 D D 当电流增大时，感应电流的方向与原来的电流方向相反，当电流减小时，感应电流的方向与原来的电流方向相同，故选项 A 错误；自感电动势的大小，与电流变化快慢有关，与电流变化大小无关，故选项 B 错误，D 正确；自感系数只取决于线圈本身的因素及有无铁芯，与电流变化情况无关，故选项 C 错误2.在如图 1613 所示的电路中，L为电阻很小的线圈，G1和 G2为零刻度在表盘中央的两相同的电流表当开关 S 闭合时，电

21、流表 G1、G2的指针都偏向右方，那么当断开开关 S时，将出现的现象是( )图 1613AG1和 G2指针都立即回到零点11BG1指针立即回到零点，而 G2指针缓慢地回到零点CG1指针缓慢地回到零点，而 G2指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点DG2指针缓慢地回到零点，而 G1指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点 D D 根据题意，电流方向自右向左时，电流表指针向右偏，那么，电流方向自左向右时，电流表指针应向左偏当开关 S 断开的瞬间，G1中原电流立即消失，而对于 G2所在支路，由于线圈L的自感作用，阻碍电流不能立即消失，自感电流沿L、G2、G1的方向，在由它们组成的闭合回路中继续维持一段

22、时间，即 G2中的电流按原方向自右向左逐渐减为零，此时 G1中的电流和原电流方向相反，变为自左向右，且与 G2中的电流同时缓慢减为零，故选项 D 正确3在如图 1614 所示的电路中，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，调节R，使 L1和 L2发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均为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，能正确反映流过 L1的电流i1、流过 L2的电流i2随时间t变化的图像是( ) 【导学号：24622034】图 1614A BC DB B 由题中给出的电路可知，电路由L与 L1和 L2与R两个支路并联，在t时刻，L1支路的电流因为有L的自感作用，所以i1由 0 逐渐增大，L2支路为纯电阻电路，i2不存在逐渐增大的过程，所以选项 B 正确4(多选)如图 1615 所示，日光灯正常发光时，流过灯管的电流为I，那么对于灯丝ab上的电流，以下说法正确的是( )12图 1615A灯丝ab上的电流处处为IB灯丝a处的电流为IC灯丝b处的电流为I，其他地方的电流都比I小D灯丝b处最容易烧断CD 当日光灯正常发光时，启动器是断开的，因此在 ab 上没有电流，故选项 A、B 错误； 导通后是气体导电，所以电流存在于 b 处到 d 处之间，故选项 C、D 正确