2017-2018學年高中創(chuàng)新設(shè)計物理粵教版選修3-2學案：第一章 6 自感現(xiàn)象及其應用

學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精［目標定位]1.知道什么是自感現(xiàn)象及自感電動勢，會分析和解釋自感現(xiàn)象.2。知道自感電動勢的大小和自感系數(shù)有關(guān)，并知道影響自感系數(shù)的因素。3.知道日光燈的組成，能用自感的知識分析日光燈的啟動及工作原理．一、自感現(xiàn)象1．自感:由于線圈本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象．2．自感電動勢:在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應電動勢．3．自感電動勢對電流的作用：總是阻礙原電流的變化．電流增加時，感應電動勢阻礙電流的增加；電流減小時，感應電動勢阻礙電流的減?。?．實驗與探究電路現(xiàn)象自感應電動勢的作用通電自感接通電源的瞬間，燈泡L1逐漸變亮，L2立刻變亮阻礙電流的增加斷電自感斷開開關(guān)的瞬間，燈泡L2立刻熄滅，燈泡L1卻是閃亮一下，再逐漸熄滅阻礙電流的減小5。對電感線圈阻礙作用的理解(1)若電路中的電流正在改變，通電線圈會產(chǎn)生自感電動勢阻礙電路中電流的變化，使得通過通電線圈的電流不能突變．（2)若電路中的電流是穩(wěn)定的，通電線圈相當于一段導線，其阻礙作用是由繞制線圈的導線的電阻引起的．深度思考在斷電自感現(xiàn)象中，電流減小時，自感線圈中的電流大小一定小于原先所通過電流的大小，為什么燈泡有時閃亮一下再熄滅？答案斷電自感時，自感線圈中的電流大小一定小于原先所通過電流的大小,但是可能會大于燈泡中的電流，所以燈泡會閃亮．例1在如圖1所示的甲、乙電路中,電阻R和燈泡電阻的阻值相等，自感線圈L的電阻值可認為是0，在接通開關(guān)S時,則(）圖1A．在電路甲中，A將漸漸變亮B．在電路甲中,A將先變亮，然后漸漸變暗C．在電路乙中，A將漸漸變亮D．在電路乙中，A將先由亮漸漸變暗,然后熄滅解析在電路甲中,當接通開關(guān)S時，通過與燈泡相連的自感線圈的電流突然增大，由于線圈的自感現(xiàn)象,開始時，自感線圈產(chǎn)生一個很大的自感電動勢來阻礙電流的流入，流入燈泡的電流很??；后來由于電流的不斷流入，通過自感線圈的電流變化逐漸變慢，所以自感線圈的阻礙作用逐漸減??；當流過線圈的電流最大時，自感線圈就沒有阻礙作用，所以通過燈泡的電流只能慢慢增大，故選項A正確．在電路乙中，當接通開關(guān)S時，通過自感線圈的電流突然增大，由于線圈的自感現(xiàn)象，開始時,自感線圈就產(chǎn)生一個很大的自感電動勢來阻礙電流的流入，流入線圈的電流很?。烧J為是0)，電路中的電流可以認為都是從燈泡通過的，以后自感線圈的阻礙作用逐漸減小,通過自感線圈的電流逐漸增大，而通過燈泡的電流逐漸減小，直到流過線圈的電流最大時，自感線圈就沒有阻礙作用，又因為自感線圈L的電阻值可認為是0,所以通過燈泡的電流可認為是0，故選項D正確．答案AD分析通電自感需抓住三點：1通電瞬間自感線圈處相當于斷路；2電流增大過程中自感線圈對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)定時自感線圈相當于導體.例2如圖2(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,使電路達到穩(wěn)定，燈泡A發(fā)光，則(）

圖2A．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,線圈上產(chǎn)生自感電動勢，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,電源不再給燈泡供電，而線圈產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流的減小，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針對訓練如圖3所示的電路中，電源的電動勢為E，內(nèi)阻為r,線圈L的電阻不計，電阻R的阻值大于燈泡D的阻值，在t＝0時刻閉合開關(guān)S,經(jīng)過一段時間后，在t＝t1時刻斷開S，下列表示A、B兩點間電壓UAB隨時間t變化的圖象中,正確的是（)圖3答案B解析在t＝0時刻閉合開關(guān)S，由于線圈L產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流通過，電源輸出電流較小，路端電壓較高，經(jīng)過一段時間電路穩(wěn)定，電源輸出電流較大，路端電壓較低．在t＝t1時刻斷開S，線圈L產(chǎn)生自感電動勢,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兩點間電壓UAB隨時間t變化的圖象中正確的是B。1斷電時，自感線圈處相當于電源，其電流逐漸減小，不會發(fā)生突變。2斷電時，燈泡會不會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．描述通電線圈自身特性的物理量，簡稱自感或電感．2．線圈越粗、越長，匝數(shù)越多,其自感系數(shù)就越大；有鐵芯時線圈的自感系數(shù)比沒有鐵芯時大得多．3．單位：亨利，簡稱亨，符號是H.常用的較小單位有mH和μH.深度思考如何增大線圈的自感電動勢？答案一是增大自感系數(shù)：可增大線圈的匝數(shù)，線圈的橫截面積，插入鐵芯；二是使電流變化加快．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，自感電動勢就一定越大B．線圈中電流等于零時，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錯誤，D正確；自感電動勢的大小除了與自感系數(shù)有關(guān)外，還與電流的變化率有關(guān)，故A錯誤．答案D對自感系數(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、ΔI、Δt等均無關(guān)。三、日光燈1．構(gòu)造日光燈的電路如圖4所示，主要由燈管、鎮(zhèn)流器和啟動器組成．圖42．日光燈的啟動當開關(guān)閉合時，電源把電壓加在啟動器的兩極之間，使氖氣放電而發(fā)出輝光，輝光產(chǎn)生熱量使U形動觸片膨脹伸長，與靜觸片接觸,從而接通電路，于是鎮(zhèn)流器的線圈和燈管的燈絲中就有電流通過，電路接通后,啟動器中的氖氣停止放電，U形動觸片冷卻收縮，兩個觸片分開，電路自動斷開，通過鎮(zhèn)流器的電流迅速減小，會產(chǎn)生很高的自感電動勢，方向與原來電壓方向相同，形成瞬間高壓加在燈管兩端，使燈管中的氣體開始導電，于是日光燈管就成了通路開始導電發(fā)光．3．啟動器的作用在日光燈電路中的作用為自動開關(guān)．4．鎮(zhèn)流器（1)鎮(zhèn)流器是一個帶鐵芯的線圈，其圈數(shù)很多且為閉合鐵芯,自感系數(shù)很大．（2)作用：當啟動日光燈時，鎮(zhèn)流器利用自感現(xiàn)象產(chǎn)生瞬時的高電壓;當日光燈正常發(fā)光時,鎮(zhèn)流器又利用自感現(xiàn)象，對燈管起到降壓限流作用．例4如圖5甲為日光燈電路，圖乙為啟動器結(jié)構(gòu)圖．在日光燈正常工作的過程中（）圖5A．鎮(zhèn)流器為日光燈的點亮提供瞬時高壓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．燈管點亮發(fā)光后，啟動器中兩個觸片是接觸的D．燈管點亮發(fā)光后，鎮(zhèn)流器起降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，鎮(zhèn)流器在啟動時產(chǎn)生瞬時高壓，故A正確；燈管點亮發(fā)光后，鎮(zhèn)流器起降壓限流作用使燈管在較低的電壓下工作,故B錯誤，D正確．燈管正常發(fā)光后，啟動器不再工作,啟動器中兩個觸片是分離的，故C錯誤．答案AD1．（對自感現(xiàn)象的理解)關(guān)于自感現(xiàn)象，下列說法中正確的是（）A．自感現(xiàn)象是線圈自身的電流變化而引起的電磁感應現(xiàn)象B．自感電動勢總是阻止原電流的變化C．自感電動勢的方向總與原電流方向相反D．自感電動勢的方向總與原電流方向相同答案A解析自感現(xiàn)象是線圈自身的電流變化而引起的電磁感應現(xiàn)象，在自感現(xiàn)象中自感電動勢總是阻礙原電流的變化，不是阻止，所以選項B錯．當原電流減小時，自感電動勢與原電流的方向相同,當原電流增加時，自感電動勢與原電流方向相反，所以選項C、D錯．2．（對通、斷電自感的理解)（多選)如圖6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是兩個完全相同的電流表，則下列說法中正確的是（)圖6A．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)生自感電動勢阻礙電流增大，所以此時電流表A1中的電流小于電流表A2中的電流，A項正確；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)生自感電動勢，阻礙電流減小，所以A1、A2中電流也逐漸減小，但始終相等，D項正確．3．（對通、斷電自感的理解)如圖7所示的電路中A1和A2是兩個相同的小燈泡，L是一個自感系數(shù)很大的線圈,其阻值與R相同．在開關(guān)S接通和斷開時，燈泡A1和A2亮暗的順序是(）圖7A．閉合時A1先達最亮，斷開時A1后滅B．閉合時A2先達最亮，斷開時A1后滅C．閉合時A1先達最亮，斷開時A1先滅D．閉合時A2先達最亮，斷開時A2先滅答案A解析當開關(guān)S閉合時,A1和A2同時亮,但由于自感現(xiàn)象的存在，線圈上產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流的增大，使通過線圈的電流從零開始逐漸增大，所以開始時電流幾乎全部從A1通過，而該電流又將同時分兩路通過A2和R,所以A1先達最亮，經(jīng)過一段時間電路穩(wěn)定后,A1和A2達到一樣亮；當開關(guān)S斷開時,電源電流立即為零，因此A2立即熄滅，而對A1,由于通過線圈的電流突然減小，線圈中產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流的減小，使線圈L和A1組成的閉合電路中有感應電流，所以A1后滅。題組一對通、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RL?R,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RL?R時，才會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,由于RL?R，那么IL?IR,S斷開的瞬間，流過線圈的電流IL要減小，在L上產(chǎn)生的自感電動勢要阻礙電流的減小，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IL?IR，因此燈開始有明顯的閃亮現(xiàn)象,C正確，A、B錯誤．若RL?R,則IL?IR，這樣燈泡不會有明顯的閃亮現(xiàn)象，D錯．2．如圖2所示,L為一純電感線圈(即電阻為零)．A是一個燈泡，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，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，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，純電感線圈對電流無阻礙作用,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,兩個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勢產(chǎn)生,此電動勢(）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S合上時,電路的電阻減小,電路中電流要增大，故L要產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電路中的電流增大，但阻礙不是阻止;當S閉合電流穩(wěn)定后，L的自感作用消失,電路的電流為I＝eq\f（E,R)＝2I0，D項正確．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，LA、LB是兩個相同的燈泡，且在下列實驗中不會燒毀，電阻R2阻值約等于R1的兩倍，則（）圖4A．閉合開關(guān)S時,LA、LB同時達到最亮,且LB更亮一些B．閉合開關(guān)S時，LA、LB均慢慢亮起來，且LA更亮一些C．斷開開關(guān)S時,LA慢慢熄滅，LB馬上熄滅D．斷開開關(guān)S時,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)生自感電動勢，阻礙電流的增大，所以LB比LA先亮,A、B選項錯誤；由于LA所在的支路電阻阻值較小，故穩(wěn)定時電流較大，即LA更亮一些，當S斷開瞬間，線圈產(chǎn)生自感電動勢，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錯誤，D正確．5．如圖5所示,E為電池，L是電阻可忽略不計、自感系數(shù)足夠大的線圈,D1、D2是兩個規(guī)格相同的燈泡，S是控制電路的開關(guān)．對于這個電路，下列說法中不正確的是(）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待電路達到穩(wěn)定后,D1熄滅,D2比S剛閉合時亮D．閉合S待電路達到穩(wěn)定后，再將S斷開的瞬間,D2立即熄滅答案B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錯誤．閉合S待電路達到穩(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剛閉合時亮，C正確；閉合S待電路達到穩(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B。6．如圖6所示的電路可用來測定自感系數(shù)較大的線圈的直流電阻，線圈兩端并聯(lián)一個電壓表，用來測量自感線圈兩端的直流電壓，在實驗完畢后,將電路拆去時應()圖6A．先斷開開關(guān)S1 B．先斷開開關(guān)S2C．先拆去電流表A D．先拆去電阻R答案B解析當開關(guān)S1、S2閉合穩(wěn)定后，線圈中的電流由a→b,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)生的自感電動勢相當于瞬間電源，其a端相當于電源的負極，b端相當于電源的正極,此時電壓表上加了一個反向電壓，使指針反偏，若反偏電壓過大，會燒壞電壓表，故應先斷開開關(guān)S2，故選B.7．某同學為了驗證斷電自感現(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熄滅現(xiàn)象．雖經(jīng)多次重復，仍未見老師演示時出現(xiàn)的小燈泡閃亮現(xiàn)象,他冥思苦想找不出原因．你認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)實物連線圖畫出正確的電路圖,如圖所示，當閉合開關(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，當開關(guān)S突然斷開時，電流IA立即消失，但是,由于自感電動勢的作用，流過線圈的電流IL不能突變，而是要繼續(xù)流動，于是，自感線圈和小燈泡構(gòu)成了回路,如果IL>IA，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，小燈泡延時閃亮的時間就越長．如果不滿足IL〉IA的條件，小燈泡只是延時熄滅，不會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IL>IA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)象中的圖象問題8．在如圖8所示的電路中，開關(guān)S是閉合的，此時流過線圈L的電流為i1，流過燈泡A的電流為i2，且i1＞i2。在t1時刻將S斷開，那么流過燈泡A的電流隨時間變化的圖象是下列圖中的哪一個()圖8答案D解析開關(guān)S閉合時，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不會立即消失，而是在回路中逐漸減弱，這段時間內(nèi)燈A中有從右向左的電流通過．這時通過A的電流是從i1開始減弱，故正確選項為D.9．在如圖9所示的電路中，兩個相同的小燈泡L1和L2分別串聯(lián)一個帶鐵芯的電感線圈L和一個滑動變阻器R.閉合開關(guān)S后，調(diào)整R，使L1和L2發(fā)光的亮度一樣,此時流過兩個燈泡的電流均為I。然后,斷開S。若t′時刻再閉合S，則在t′前后的一小段時間內(nèi),正確反映流過L1的電流i1、流過L2的電流i2隨時間t變化的圖象是（）圖9答案B解析與滑動變阻器R串聯(lián)的L2，沒有自感，直接變亮，電流變化圖象如A中圖線,C、D錯誤．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錯誤，B正確．題組三對自感系數(shù)及自感電動勢的理解10．關(guān)于自感現(xiàn)象，下列說法正確的是(）A．感應電流一定和原電流方向相反B．線圈中產(chǎn)生的自感電動勢較大時，其自感系數(shù)一定較大C．對于同一線圈,當電流變化較快時，線圈中的自感系數(shù)較大D．對于同一線圈，當電流變化較快時，線圈中的自感電動勢也較大答案D解析自感現(xiàn)象中感應電動勢的方向遵從楞次定律，當原電流減小時，自感電動勢和自感電流與原電流方向相同;當原電流增大時,自感電流與原電流方向相反,所以A錯誤;自感電動勢的大小E自＝Leq\f(ΔI，Δt）,所以自感電動勢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錯誤;線圈自感系數(shù)的大小,由線圈本身決定，與線圈中有無電流以及電流變化的快慢無關(guān)，所以C錯誤；由E自＝Leq\f（ΔI,Δt）知，對于同一線圈，自感系數(shù)L確定，當電流變化較快時，線圈中產(chǎn)生的自感電動勢也較大,所以D正確．11．（多選）下列說法正確的是()A．當線圈中電流不變時，線圈中沒有自感電動勢B．當線圈中電流反向時，線圈中自感電動勢的方向與線圈中原電流的方向相反C．當線圈中電流增大時，線圈中自感電動勢的方向與線圈中電流的方向相反D．當線圈中電流減小時，線圈中自感電動勢的方向與線圈中電流的方向相反答案AC解析線圈中電流