教科版選修32 第一章 6 自感 學(xué)案.docx

目標(biāo)定位1.知道自感現(xiàn)象.觀察通電自感和斷電自感實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，了解自感現(xiàn)象中自感電動(dòng)勢(shì)的作用.2.理解自感系數(shù)和自感系數(shù)的決定因素.3.了解日光燈的構(gòu)造及工作原理.一、自感現(xiàn)象1.定義：由于導(dǎo)體線圈本身的電流發(fā)生變化而引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，叫做自感.在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫做自感電動(dòng)勢(shì).圖12.自感電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流的作用：電流增加時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的增加；電流減小時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的減小.實(shí)驗(yàn)1：演示通電自感現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)電路如圖1所示，開關(guān)s接通時(shí)，可以看到燈泡2立即發(fā)光，而燈泡1是逐漸亮起來的.實(shí)驗(yàn)2：演示斷電自感現(xiàn)象.圖2實(shí)驗(yàn)電路如圖2所示，線圈l的電阻比燈泡的電阻小，接通電路，燈泡正常發(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.深度思考在斷電自感現(xiàn)象中，電流減小時(shí)，自感線圈中的電流大小一定小于原先所通過電流的大小，為什么燈泡有時(shí)閃亮一下再熄滅？答案斷電自感時(shí)，自感線圈中的電流大小一定小于原先所通過電流的大小，但是可能會(huì)大于燈泡中的電流，所以燈泡會(huì)閃亮一下再熄滅.例1如圖3所示，電路中電源的內(nèi)阻不能忽略，r的阻值和l的自感系數(shù)都很大，a、b為兩個(gè)完全相同的燈泡，當(dāng)s閉合時(shí)，下列說法正確的是()圖3aa比b先亮，然后a滅bb比a先亮，然后b逐漸變暗ca、b一起亮，然后a滅da、b一起亮，然后b滅解析本題考查通電自感現(xiàn)象的分析，關(guān)鍵是要知道純電感線圈在電路穩(wěn)定前后的作用：s閉合時(shí)，由于與a燈串聯(lián)的線圈l的自感系數(shù)很大，故在線圈上產(chǎn)生很大的自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙電流的增大，所以b比a先亮，故a、c、d錯(cuò)；穩(wěn)定后，由于與b燈連接的電阻很大，流過b燈支路的電流很小，所以b燈逐漸變暗，故b正確答案b分析通電自感需抓住三點(diǎn)：(1)通電瞬間自感線圈處相當(dāng)于斷路；(2)電流增大過程中自感線圈對(duì)電流有阻礙作用使線圈中的電流從0逐漸增大到穩(wěn)定值；(3)電流穩(wěn)定時(shí)自感線圈相當(dāng)于導(dǎo)體.例2如圖4(a)、(b)所示的電路中，電阻r和自感線圈l的電阻值都很小，且小于燈泡a的電阻，閉合開關(guān)s，使電路達(dá)到穩(wěn)定，燈泡a發(fā)光，則()圖4a.在電路(a)中，斷開s，a將漸漸變暗b.在電路(a)中，斷開s，a將先變得更亮，然后漸漸變暗c.在電路(b)中，斷開s，a將漸漸變暗d.在電路(b)中，斷開s，a將先變得更亮，然后漸漸變暗解析在電路(a)中，燈a和線圈l串聯(lián)，它們的電流相同，斷開s時(shí)，線圈上產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙原電流的減小，流過燈a的電流逐漸減小，從而燈a只能漸漸變暗.在電路(b)中，電阻r和燈a串聯(lián)，燈a的電阻大于線圈l的電阻，電流則小于線圈l中的電流，斷開s時(shí)，電源不再給燈泡供電，而線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的減小，通過r、a形成回路，燈a中電流突然變大，燈a將先變得更亮，然后漸漸變暗，故a、d正確.答案ad針對(duì)訓(xùn)練如圖5所示的電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)為e，內(nèi)阻為r，線圈l的電阻不計(jì)，電阻r的阻值大于燈泡d的阻值，在t0時(shí)刻閉合開關(guān)s，經(jīng)過一段時(shí)間后，在tt1時(shí)刻斷開s，下列表示a、b兩點(diǎn)間電壓uab隨時(shí)間t變化的圖像中，正確的是()圖5答案b解析在t0時(shí)刻閉合開關(guān)s，由于線圈l產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，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(shí)間電路穩(wěn)定，電源輸出電流較大，路端電壓較低.在tt1時(shí)刻斷開s，線圈l產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，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(diǎn)間電壓uab隨時(shí)間t變化的圖像中正確的是b.(1)斷電時(shí)，自感線圈處相當(dāng)于電源，其電流逐漸減小，不會(huì)發(fā)生突變.(2)斷電時(shí)，燈泡會(huì)不會(huì)閃亮一下再熄滅取決于通過燈泡前后電流大小的關(guān)系.若斷電前自感線圈電流il大于燈泡的電流id則燈泡會(huì)閃亮一下再熄滅；若斷電前自感線圈中的電流il小于或等于燈泡中的電流id則不會(huì)出現(xiàn)閃亮，而是逐漸熄滅.(3)要注意斷電前后通過燈泡的電流方向是否變化.二、自感系數(shù)1.自感電動(dòng)勢(shì)的大小和自感系數(shù)(1)自感電動(dòng)勢(shì)el跟電流的變化率成正比.公式ell.式中比例系數(shù)l叫做線圈的自感系數(shù)，簡稱自感或電感.(2)自感系數(shù)：單位：亨利，符號(hào)：h.1mh103_h，1h106_h.2.自感系數(shù)的決定因素：與線圈的形狀、體積、匝數(shù)，以及是否有鐵芯等因素有關(guān).例3關(guān)于線圈的自感系數(shù)，下面說法正確的是()a.線圈的自感系數(shù)越大，自感電動(dòng)勢(shì)就一定越大b.線圈中電流等于零時(shí)，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b、c錯(cuò)誤，d正確；自感電動(dòng)勢(shì)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a錯(cuò)誤.答案d對(duì)自感系數(shù)的理解：(1)自感系數(shù)的大小由線圈本身的特性及有無鐵芯決定，線圈越長，單位長度的匝數(shù)越多，自感系數(shù)越大.(2)自感系數(shù)與e、i、t等均無關(guān).三、自感的典型應(yīng)用日光燈1.日光燈的電路如圖6所示.圖62.工作原理：日光燈在接通電源時(shí)，啟動(dòng)器首先導(dǎo)通，又立即斷開，在斷開的瞬間，由于自感現(xiàn)象，鎮(zhèn)流器產(chǎn)生很高的自感電壓，而使燈管快速啟動(dòng).3.鎮(zhèn)流器的作用：日光燈啟動(dòng)時(shí)，鎮(zhèn)流器提供瞬時(shí)高壓，而使氣體電離；燈管發(fā)光后，鎮(zhèn)流器又起著穩(wěn)壓限流的作用.例4如圖7甲為日光燈電路，圖乙為啟動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖.在日光燈正常工作的過程中()圖7a.鎮(zhèn)流器為日光燈的點(diǎn)亮提供瞬時(shí)高壓b.鎮(zhèn)流器維持燈管兩端有高于電源的電壓，使燈管正常工作c.燈管點(diǎn)亮發(fā)光后，啟動(dòng)器中兩個(gè)觸片是接觸的d.燈管點(diǎn)亮發(fā)光后，鎮(zhèn)流器起分壓限流作用使燈管在較低的電壓下工作解析日光燈剛發(fā)光時(shí)，鎮(zhèn)流器在啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生瞬時(shí)高壓，故a正確；燈管點(diǎn)亮發(fā)光后，鎮(zhèn)流器起分壓限流作用使燈管在較低的電壓下工作，故b錯(cuò)誤，d正確.燈管正常發(fā)光后，啟動(dòng)器不再工作，啟動(dòng)器中兩個(gè)觸片是分離的.故c錯(cuò)誤；故選a、d.答案ad1.(對(duì)通、斷電自感的理解)(多選)如圖8所示，帶鐵芯的電感線圈的電阻與電阻器r的阻值相同，a1、a2是兩個(gè)完全相同的電流表，則下列說法中正確的是()圖8a.閉合s瞬間，電流表a1示數(shù)小于a2示數(shù)b.閉合s瞬間，電流表a1示數(shù)等于a2示數(shù)c.斷開s瞬間，電流表a1示數(shù)大于a2示數(shù)d.斷開s瞬間，電流表a1示數(shù)等于a2示數(shù)答案ad解析開關(guān)s閉合瞬間，線圈l產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流增大，所以此時(shí)電流表a1中的電流小于電流表a2中的電流，a項(xiàng)正確；開關(guān)斷開瞬間，線圈l與a1、a2和r構(gòu)成回路，線圈l中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙電流減小，所以a1、a2中電流也逐漸減小，但始終相等，d項(xiàng)正確.2.(對(duì)通、斷電自感的理解)如圖9所示的電路中a1和a2是兩個(gè)相同的小燈泡，l是一個(gè)自感系數(shù)很大的線圈，其阻值與r相同.在開關(guān)s接通和斷開時(shí)，燈泡a1和a2亮暗的順序是()圖9a.閉合時(shí)a1先達(dá)最亮，斷開時(shí)a1后滅b.閉合時(shí)a2先達(dá)最亮，斷開時(shí)a1后滅c.閉合時(shí)a1先達(dá)最亮，斷開時(shí)a1先滅d.閉合時(shí)a2先達(dá)最亮，斷開時(shí)a2先滅答案a解析當(dāng)開關(guān)s閉合時(shí)，a1和a2同時(shí)亮，但由于自感現(xiàn)象的存在，線圈上產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的增大，使通過線圈的電流從零開始逐漸增大，所以開始時(shí)電流幾乎全部從a1通過，而該電流又將同時(shí)分兩路通過a2和r，所以a1先達(dá)最亮，經(jīng)過一段時(shí)間電路穩(wěn)定后，a1和a2達(dá)到一樣亮；當(dāng)開關(guān)s斷開時(shí)，電源電流立即為零，因此a2立即熄滅，而對(duì)a1，由于通過線圈的電流突然減小，線圈中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的減小，使線圈l和a1組成的閉合電路中有感應(yīng)電流，所以a1后滅.3.(對(duì)自感電動(dòng)勢(shì)的理解)關(guān)于線圈中自感電動(dòng)勢(shì)大小的說法中正確的是()a.電感一定時(shí)，電流變化越大，自感電動(dòng)勢(shì)越大b.電感一定時(shí)，電流變化越快，自感電動(dòng)勢(shì)越大c.通過線圈的電流為零的瞬間，自感電動(dòng)勢(shì)為零d.通過線圈的電流為最大值的瞬間，自感電動(dòng)勢(shì)最大答案b解析電感一定時(shí)，電流變化越快，越大，由el知，自感電動(dòng)勢(shì)越大，a錯(cuò)，b對(duì)；線圈中電流為零時(shí)，電流的變化率不一定為零，自感電動(dòng)勢(shì)不一定為零，故c錯(cuò)；當(dāng)通過線圈的電流最大時(shí)，電流的變化率為零，自感電動(dòng)勢(shì)為零，故d錯(cuò).4.(自感的典型應(yīng)用日光燈)(多選)日光燈電路主要由鎮(zhèn)流器、啟動(dòng)器和燈管組成，下列說法正確的是()a.日光燈正常工作時(shí)，啟動(dòng)器中兩個(gè)觸片是閉合的b.鎮(zhèn)流器給日光燈開始點(diǎn)燃提供瞬時(shí)高壓c.燈管正常發(fā)光后，鎮(zhèn)流器起降壓限流作用d.日光燈正常工作時(shí)，取下啟動(dòng)器，日光燈不能正常工作答案bc題組一對(duì)通、斷電自感現(xiàn)象的分析1.如圖1是用于觀察自感現(xiàn)象的電路圖，設(shè)線圈的自感系數(shù)很大，線圈的直流電阻rl與燈泡的電阻r滿足rlr，則在開關(guān)s由閉合到斷開的瞬間，可以觀察到()圖1a.燈泡立即熄滅b.燈泡逐漸熄滅c.燈泡有明顯的閃亮現(xiàn)象d.只有在rlr時(shí)，才會(huì)看到燈泡有明顯的閃亮現(xiàn)象答案c解析s閉合，電路穩(wěn)定時(shí)，由于rlr，那么ilir，s斷開的瞬時(shí)，流過線圈的電流il要減小，在l上產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)要阻礙電流的減小，而燈泡與線圈形成閉合回路，流過線圈的電流il通過燈泡，由于ilir，因此燈開始有明顯的閃亮，c正確，a、b錯(cuò)誤.若rlr，則ilir，這樣燈不會(huì)有明顯的閃亮，d錯(cuò).2.如圖2所示，l為一純電感線圈(即電阻為零).a是一個(gè)燈泡，下列說法正確的是()圖2a.開關(guān)s閉合瞬間，無電流通過燈泡b.開關(guān)s閉合后，電路穩(wěn)定時(shí)，無電流通過燈泡c.開關(guān)s斷開瞬間，無電流通過燈泡d.開關(guān)s閉合瞬間及穩(wěn)定時(shí)，燈泡中均有從a到b的電流，而在開關(guān)s斷開瞬間，燈泡中有從b到a的電流答案b解析開關(guān)s閉合瞬間，燈泡中的電流從a到b，線圈由于自感作用，通過它的電流將逐漸增加.開關(guān)s閉合后，電路穩(wěn)定時(shí)，純電感線圈對(duì)電流無阻礙作用，將燈泡短路，燈泡中無電流通過.開關(guān)s斷開瞬間，由于線圈的自感作用，線圈中原有向右的電流將逐漸減小，線圈和燈泡形成回路，故燈泡中有從b到a的瞬間電流.3.如圖3所示，多匝電感線圈的電阻和電池內(nèi)阻都忽略不計(jì)，兩個(gè)定值電阻的阻值都是r，開關(guān)s原來打開，電流為i0，現(xiàn)合上開關(guān)將一電阻短路，于是線圈中有自感電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，此電動(dòng)勢(shì)()圖3a.有阻礙電流的作用，最后電流由i0減小到零b.有阻礙電流的作用，最后電流總小于i0c.有阻礙電流增大的作用，因而電流i0保持不變d.有阻礙電流增大的作用，但電流最后還是增大到2i0答案d解析當(dāng)s合上時(shí)，電路的電阻減小，電路中電流要增大，故l要產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙電路中的電流增大，但阻礙不是阻止；當(dāng)s閉合電流穩(wěn)定后，l的自感作用消失，電路的電流為i2i0，d項(xiàng)正確.4.如圖4所示，電感線圈l的自感系數(shù)足夠大，其電阻忽略不計(jì)，la、lb是兩個(gè)相同的燈泡，且在下列實(shí)驗(yàn)中不會(huì)燒毀，電阻r2阻值約等于r1的兩倍，則()圖4a.閉合開關(guān)s時(shí)，la、lb同時(shí)達(dá)到最亮，且lb更亮一些b.閉合開關(guān)s時(shí)，la、lb均慢慢亮起來，且la更亮一些c.斷開開關(guān)s時(shí)，la慢慢熄滅，lb馬上熄滅d.斷開開關(guān)s時(shí)，la慢慢熄滅，lb閃亮后才慢慢熄滅答案d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(dāng)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(dòng)勢(shì)，阻礙電流的增大，所以lb比la先亮，a、b選項(xiàng)錯(cuò)誤；由于la所在的支路電阻阻值較小，故穩(wěn)定時(shí)電流較大，即la更亮一些，當(dāng)s斷開瞬間，線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，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，c錯(cuò)誤，d正確.5.(多選)如圖5所示，e為電池，l是電阻可忽略不計(jì)、自感系數(shù)足夠大的線圈，d1、d2是兩個(gè)規(guī)格相同的燈泡，s是控制電路的開關(guān).對(duì)于這個(gè)電路，下列說法中正確的是()圖5a.剛閉合s的瞬間，通過d1、d2的電流大小相等b.剛閉合s的瞬間，通過d1、d2的電流大小不相等c.閉合s待電路達(dá)到穩(wěn)定后，d1熄滅，d2比s剛閉合時(shí)亮d.閉合s待電路達(dá)到穩(wěn)定后，再將s斷開的瞬間，d2立即熄滅答案acd解析剛閉合s的瞬間，由于線圈的阻礙作用，通過d1、d2的電流大小相等，a正確，b錯(cuò)誤.閉合s待電路達(dá)到穩(wěn)定后，d1中無電流通過，d1熄滅，回路的電阻減小，電流增大，d2比s剛閉合時(shí)亮，c正確；閉合s待電路達(dá)到穩(wěn)定后，再將s斷開的瞬間，d2中無電流，立即熄滅，d正確.故選a、c、d.6.如圖6所示的電路可用來測(cè)定自感系數(shù)較大的線圈的直流電阻，線圈兩端并聯(lián)一個(gè)電壓表，用來測(cè)量自感線圈兩端的直流電壓，在實(shí)驗(yàn)完畢后，將電路拆去時(shí)應(yīng)()圖6a.先斷開開關(guān)s1b.先斷開開關(guān)s2c.先拆去電流表d.先拆去電阻r答案b解析當(dāng)開關(guān)s1、s2閉合穩(wěn)定后，線圈中的電流由ab，電壓表右端為“”極，左端為“”極，指針正向偏轉(zhuǎn)，先斷開開關(guān)s1或先拆去電流表a或先拆去電阻r的瞬間，線圈中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)相當(dāng)于瞬間電源，其a端相當(dāng)于電源的負(fù)極，b端相當(dāng)于電源的正極，此時(shí)電壓表上加了一個(gè)反向電壓，使指針反偏，若反偏電壓過大，會(huì)燒壞電壓表，故應(yīng)先斷開開關(guān)s2，故選b.7.某同學(xué)為了驗(yàn)證斷電自感現(xiàn)象，自己找來帶鐵芯的線圈l、小燈泡a、開關(guān)s和電池組e，用導(dǎo)線將它們連接成如圖7所示的電路.檢查電路后，閉合開關(guān)s，小燈泡發(fā)光；再斷開開關(guān)s，小燈泡僅有不顯著的延時(shí)熄滅現(xiàn)象.雖經(jīng)多次重復(fù)，仍未見老師演示時(shí)出現(xiàn)的小燈泡閃亮現(xiàn)象，他冥思苦想找不出原因.你認(rèn)為最有可能造成小燈泡未閃亮的原因是()圖7a.電源的內(nèi)阻較大b.小燈泡電阻偏大c.線圈電阻偏大d.線圈的自感系數(shù)較大答案c解析根據(jù)實(shí)物連線圖畫出正確的電路圖，如圖所示，當(dāng)閉合開關(guān)s，電路穩(wěn)定之后，小燈泡中有穩(wěn)定的電流ia，自感線圈中有穩(wěn)定的電流il，當(dāng)開關(guān)s突然斷開時(shí)，電流ia立即消失，但是，由于自感電動(dòng)勢(shì)的作用，流過線圈的電流il不能突變，而是要繼續(xù)流動(dòng)，于是，自感線圈和小燈泡構(gòu)成了回路，如果ilia，則能觀察到小燈泡閃亮一下再熄滅，線圈的自感系數(shù)越大，小燈泡延時(shí)閃亮的時(shí)間就越長.如果不滿足ilia的條件，小燈泡只是延時(shí)熄滅，不會(huì)觀察到閃亮一下再熄滅.可見燈泡未閃亮的根本原因是不滿足ilia的條件，這是線圈電阻偏大造成的.故c正確.題組二自感現(xiàn)象中的圖像問題8.在如圖8所示的電路中，開關(guān)s是閉合的，此時(shí)流過線圈l的電流為i1，流過燈泡a的電流為i2，且i1i2.在t1時(shí)刻將s斷開，那么流過燈泡a的電流隨時(shí)間變化的圖像是下列圖中的哪一個(gè)()圖8答案d解析開關(guān)s閉合時(shí)，l與a并聯(lián)，其電流分別為i1和i2，方向都是從左向右.在斷開s的瞬間，燈a中原來從左向右的電流i2立即消失，但燈a與線圈l組成閉合回路，由于l的自感作用，其中的電流i1不會(huì)立即消失，而是在回路中逐漸減弱，這段時(shí)間內(nèi)燈a中有從右向左的電流通過.這時(shí)通過a的電流是從i1開始減弱，故正確選項(xiàng)為d.9.在如圖9所示的電路中，兩個(gè)相同的小燈泡l1和l2分別串聯(lián)一個(gè)帶鐵芯的電感線圈l和一個(gè)滑動(dòng)變阻器r.閉合開關(guān)s后，調(diào)整r，使l1和l2發(fā)光的亮度一樣，此時(shí)流過兩個(gè)燈泡的電流均為i.然后，斷開s.若t時(shí)刻再閉合s，則在t前后的一小段時(shí)間內(nèi)，正確反映流過l1的電流i1、流過l2的電流i2隨時(shí)間t變化的圖像是()圖9答案b解析與滑動(dòng)變阻器r串聯(lián)的l2，沒有自感，直接變亮，電流變化圖像如a中圖線，c、d錯(cuò)誤.與帶鐵芯的電感線圈串聯(lián)的l1，由于電感線圈的自感作用，電流逐漸變大，a錯(cuò)誤，b正確.題組三對(duì)自感系數(shù)及自感電動(dòng)勢(shì)的理解10.關(guān)于自感現(xiàn)象，下列說法正確的是()a.感應(yīng)電流一定和原電流方向相反b.線圈中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)較大時(shí)，其自感系數(shù)一定較大c.對(duì)于同一線圈，當(dāng)電流變化較快時(shí)，線圈中的自感系數(shù)較大d.對(duì)于同一線圈，當(dāng)電流變化較快時(shí)，線圈中的自感電動(dòng)勢(shì)也較大答案d解析自感現(xiàn)象中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向遵從楞次定律，當(dāng)原電流減小時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)和自感電流與原電流方向相同；當(dāng)原電流增大時(shí)，自感電流與原電流方向相反，所以a錯(cuò)誤；自感電動(dòng)勢(shì)的大小ell，所以自感電動(dòng)勢(shì)大不一定是由自感系數(shù)大引起的，有可能是電流的變化率很大引起的，所以b錯(cuò)