2016-2017学年高中物理 第1章 电磁感应 第6节 自感现象及其应用课件 粤教版选修3-2

第六 节 自感 现 象及其 应 用 1 (多 选 )在 闭 合 线 圈的上方有一条形磁 铁 自由下落，直到穿 过线 圈的 过 程中，下列 说 法正确的是 ( ) A磁 铁 下落 过 程机械能守恒 B磁 铁 的机械能增加 C磁 铁 的机械能减少 D 线 圈增加的 热 能是由磁 铁 减少的机械能 转 化而来的 【 答案 】 CD 课 前 自主学 习 2如 图 所示，用一根 长为 L质 量不 计 的 细 杆与一个上弧 长为 l0、下弧 长为 d0的金属 线 框的中点 连 接并 悬 挂于 O点， 悬 点正 下方存在一个上弧 长为 2l0、下弧 长为 2d0的方向垂直 纸 面向 里的匀 强 磁 场 ，且 d0 L.先将 线 框拉开到如 图 所示位置，松手 后 让线 框 进 入磁 场 ，忽略空气阻力和摩擦下列 说 法不正确 的是 ( ) A金属 线 框 进 入磁 场时 感 应电 流的方向 为 a d c b a B金属 线 框离开磁 场时 感 应电 流的方向 为 a b c d a C金属 线 框 dc边进 入磁 场 与 ab边 离开磁 场 的速度大小 总 是 相等 D金属 线 框最 终 将在磁 场 内做往复运 动 【 答案 】 C 3如 图 所示，光滑水平面上停着一 辆 小 车 ，小 车 上固定着一 闭 合 线 圈，今有一条形磁 铁 自左向右平 动 穿 过线 圈，在磁 铁 穿 过线 圈 过 程中不受 线 圈以外的水平力作用， 则 ( ) A 线 圈先受到向右的力，后受到向左的力 B 线 圈先受到向左的力，后受到向右的力 C小 车获 得向右的速度 D小 车 与磁 铁组 成的系 统 机械能守恒 【 答案 】 C 【 解析 】 由楞次定律，磁 铁 从左 侧进 入 线 圈 时 ， 线 圈阻碍磁通量 增大，是排斥力，故 线 圈受到向右的力；磁 铁 从 线 圈内部离 开向右运 动时 ， 线 圈阻碍磁通量减小，是吸引力，故 线 圈同 样 受到向右的力， C正确由于存在内阻和 电 磁能， D错误 一、自感现象 1自感：由于 线 圈本身的 _而 产 生的 电 磁感 应现 象 2自感 电动势 ：由于自感 现 象而 产 生的 电动势 3自感 电动势对电 流的作用： 电 流增加 时 ，感 应电动势 阻 碍 _； 电 流减小 时 ，感 应电动势 阻碍 _ 电 流 发 生 变 化 电 流的增加 电 流的减小 4 实验 与探究 自感 电 路 现 象 自感 应电动势 的作用 通 电 自 感 接通 电 源的瞬 间 ，灯泡 L1_ _电 流 的增加 断 电 自 感 断开开关的瞬 间 ， 灯泡 L_ _电 流 的减小 逐 渐变 亮 阻碍 逐 渐变 暗 阻碍 二、自感系数 1物理意 义 ：描述 _的物理量， 简 称 _或 _ 2影响因素： 线 圈的 _、 _、 _、 _.线 圈越粗、越 长 ，匝数越多，其自感系数就 _；有 铁 芯 时线 圈的自感系数比没 铁 芯 时 _ 3 单 位：亨利， 简 称亨，符号是 H.常用的 较 小 单 位有 _和 _ 如何增大 线 圈的自感 电动势 ？ 一是增大自感系数，可增大 线 圈的匝数， 线 圈的面 积 ，插入 铁 芯；二是使 电 流 变 化加快 线 圈本身特性 自感 电 感 形状 长 短 匝数 有无 铁 芯 越大 大得多 mH H 三、日光灯 1主要 组 成： _、 _和 _ 2灯管 (1)工作原理：管中气体 导电时发 出 _， _受其 照射 时发 出可 见 光可 见 光的 颜 色由 荧 光粉的种 类 决定 (2)气体 导电 的特点：灯管两端的 电压 _时 ，气 体才能 导电 ；而要在灯管中 维 持一定大小的 电 流，所需的 电 压 却 _ 3 镇 流器的作用 日光灯启 动时 ：提供 _； 日光灯启 动 后： _. 灯管 镇 流器 启 动 器 紫外 线 荧 光粉 达到一定 值 低得多 瞬 时 高 压 降 压 限流 4启 动 器 (1)启 动 器的作用： _. (2)启 动 器内 电 容器的作用：减小 动 、静触片断开 时产 生的 _，避免 _ 自 动 开关 火花 烧 掉触点 在日光灯中 镇 流器的作用是什么？用到了什么知 识 ？ 【 答案 】 在日光灯启 动过 程中 镇 流器起 产 生高 压 的作用，在日光 灯工作 过 程中 镇 流器起 稳压 限流作用利用的是自感 现 象的 原理 . 1 对 自感 电动势 的 进 一步理解 (1)自感 电动势产 生的原因 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 圈中 产 生感 应电动势 (2)自感 电动势 的作用 阻碍原 电 流的 变 化，而不是阻止， 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 课 堂 优 化整合 进一步理解自感电动势分析自感现象 (3)自感 电动势 的方向 当原 电 流增大 时 ，自感 电动势 方向与原 电 流方向相反， 电 流 减小 时 ，自感 电动势 方向与原 电 流方向相同 2自感 现 象的分析思路 (1)明确通 过 自感 线 圈的 电 流怎 样变 化 (是增大 还 是减小 ) (2)判断自感 电动势 方向 电 流增 强 时 (如通 电 )，自感 电动势 方向与原 电 流方向相反； 电 流减小 时 (如断 电 )，自感 电动势 方向与原 电 流方向相同 (3)分析 电 流 变 化情况， 电 流增 强 时 (如通 电 )，自感 电动势 方 向与原 电 流方向相反，阻碍增加， 电 流逐 渐 增大 电 流减小 时 (如断 电 )，由于自感 电动势 方向与原 电 流方向相同，阻碍 减小， 线 圈中 电 流方向不 变 ， 电 流逐 渐 减小 【 特别提醒 】 自感 电动势 阻碍原 电 流的 变 化，而不是阻止， 电 流仍 在 变 化，只是使原 电 流的 变 化 时间变长 例 1 A使 电 路的 电 流减小，最后由 I0减到零 B有阻碍 电 流增大的作用，最后 电 流小于 I0 C有阻碍 电 流增大的作用，因而 电 流 总 保持不 变 D有阻碍 电 流增大的作用，但 电 流 还 是增大，最后 变为 2I0 答案： D 题后反思 对 于自感 现 象的分析注意 (1)两个 稳 定状 态 的 电 流 (2)明确 线 圈 L在 电 路 稳 定和 电 流 变 化 时 的作用 (3)区 别 “阻碍 ”和 “阻止 ” 1 (多 选 )(2016泰州一模 )如 图 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 ( ) A I1开始 较 大而后逐 渐变 小 B I1开始很小而后逐 渐变 大 C I2开始很小而后逐 渐变 大 D I2开始 较 大而后逐 渐变 小 【 答案 】 AC 【 解析 】 开关 S闭 合瞬 间 ， L相当于断路，通 过 R1的 电 流 I1较 大， 通 过 R2的 电 流 I2较 小；当 稳 定后 L的自感作用减弱，通 过 R1的 电 流 I1变 小，通 过 R2的 电 流 I2变 大，故 A、 C正确， B、 D错误 在 处 理通断 电 灯泡亮度 变 化 问题时 ，不能一味套用 结论 ，如 通 电时 逐 渐变 亮，断 电时 逐 渐变 暗，或 闪 亮一下逐 渐变 暗 要具体 问题 具体分析，关 键 要搞清楚 电 路 连 接情况 . 电 路 与 线 圈串 联 的灯泡 与 线 圈并 联 的灯泡 电 路 图 电 路 与 线 圈串 联 的灯泡 与 线 圈并 联 的灯泡 通 电 时 电 流逐 渐 增大， 灯泡逐 渐变 亮 电 流突然 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 稳态电 流 为 I1、 I2 若 I2I1，逐 渐变 暗 若 I2I1，灯泡先亮一下再 变 暗 ，两种情况 电 流的方向都 变 化 【 特别提醒 】 线 圈 对变 化 电 流的阻碍作用与 对稳 定 电 流的阻碍作用 是不同的 对变 化 电 流的阻碍作用是由自感 现 象引起的，它 决定了要达到 稳 定 值 所需的 时间 ； 对稳 定 电 流的阻碍作用是 由 绕 制 线 圈的 导线 的 电 阻引起的，决定了 电 流所能达到的 稳 定 值 如 图 所示，当开关 S断开 时 ， 电 路中会 产 生自感 现 象，称 为 断 电 自感，回答下面几个 问题 ： (1)电 源断开 时 ，通 过线 圈 L的 电 流减小， 这时 会出 现 感 应电 动势 感 应电动势 的作用是使 线 圈 L中的 电 流减小得更快些 还 是更慢些？ 例 2 (2)产 生感 应电动势 的 线 圈可以看作一个 电 源，它能向外供 电 由于开关已 经 断开， 线 圈提供的感 应电 流将沿什么途径流 动 ？ (3)开关断开后，通 过 灯泡的感 应电 流与原来通 过 它的 电 流方 向是否一致？ (4)开关断开后，通 过 灯泡的感 应电 流是否有可能比原来的 电 流更大？ 为 了使 实验 的效果更明 显 ， 对线 圈 L应该 有什么要 求？ 解析： (1)开关断开后，感 应电动势 使 线 圈 L中 电 流 IL减小得更慢 些 (2)开关断开后，感 应电 流将沿 线 圈 L向右流 动 ， 经 灯泡 A后流 到 线 圈的左端，即 线 圈 L和灯泡 A构成 闭 合 电 路，回路中 电 流 沿逆 时针 方向 (3)开关断开后，通 过 灯泡 A的感 应电 流与原 电 流方向相反 (4)有可能原来 电 路 闭 合 处 于 稳 定状 态 ， L与 A并 联 ，其 电 流分 别为 IL和 IA，方向都是从左向右在断开 S的瞬 时 ，灯 A中 原来的从左向右的 电 流 IA立即消失但是灯 A与 线 圈 L组 成一 闭 合 电 路，由于 L的自感作用，其中的 电 流 IL不会立即消失， 而是在回路中逐 渐 减弱 维 持短 暂 的 时间 ， 这 个 时间 内灯 A中 有从右向左的 电 流通 过 这时 通 过 A的 电 流从 IL开始减弱，如果 RL(线 圈 L的直流 电 阻 )IA， 则 在灯 A熄 灭 之前要 闪 亮一下；如 果 RLRA，原来的 电 流 ILIA， 则 灯 A是逐 渐 熄 灭 不会 闪 亮一下 答案： 见 解析 题后反思 解决通 电 自感，断 电 自感 时 注意： (1)所 谓纯电 感 线 圈，当 电 流 变 化 时产 生感 应电动势 阻碍 电 流 变 化， 电 流 稳 定 时 相当于一根理想 导线 (有 电 阻的 线 圈相当 于一个 电 阻 ) (2)电键闭 合 时线 圈自感 电动势 与原 电 源反接，若自感系数足 够 大，瞬 间 可以 认为 断路，随即 变缓 直至消失 (3)电键 断开 时 ，原 电 源不提供 电 流，若 线 圈形成回路， 则 自 感 电动势 会通 过 回路形成 电 流，如若判定灯泡是否 闪 亮一下 这类 情况的关 键 是判定 电键闭 合前后通 过 灯泡的 电 流的大小 变 化 2 (多 选 )(2016潍 坊模 拟 )如 图 (a)、 (b)所示的 电 路中， 电 阻 R和自感 线 圈 L的 电 阻 值 都很小，且小于灯 A的 电 阻，接通 S， 使 电 路达到 稳 定，灯泡 A发 光， 则 ( ) A在 电 路 (a)中，断开 S， A将 渐渐变 暗 B在 电 路 (a)中，断开 S， A将先 变 得更亮，然后 渐渐变 暗 C在 电 路 (b)中，断开 S， A将 渐渐变 暗 D在 电 路 (b)中，断开 S， A将先 变 得更亮，然后 渐渐变 暗 【 答案 】 AD 【 解析 】 在 电 路 (a)中，断开 S，由于 线 圈阻碍 电 流 变 小， 导 致 A将 逐 渐变 暗，故 A正确， B错误 ；在 电 路 (b)中，由于 电 阻 R和自 感 线 圈 L的 电 阻 值 都很小，所以通 过 灯泡的 电 流比 线 圈的 电 流小，断开 S时 ，由于 线 圈阻碍 电 流 变 小， 导 致 A将 变 得更亮 ，然后逐 渐变 暗，故 C错误 ， D正确 1构造 日光灯的 电 路如下 图 所示，由日光灯管、 镇 流器、开关等 组 成 2日光灯的启 动 当开关 闭 合 时 ， 电 源把 电压 加在启 动 器的两极之 间 ，使 氖 气 放 电 而 发 出 辉 光， 辉 光 产 生的 热 量使 U形 动 触片膨 胀 伸 长 ， 从而接通 电 路，于是 镇 流器的 线 圈和灯管的灯 丝 中就有 电 流 通 过 ， 电 路接通后，启 动 器中的 氖 气停止放 电 ， U形 动 触片 冷却收 缩 ，两个触片分开， 电 路自 动 断开，通 过镇 流器的 电 流迅速减小，会 产 生很高的自感 电动势 ，方向与原来 电压 方 向相同，形成瞬 间 高 压 加在灯管两端，使灯管中的气体开始 导电 ，于是日光灯管就成了通路开始 导电发 光 3日光灯正常工作 时镇 流器的作用 由于日光灯使用的是交流 电 源， 电 流的大小和方向做周期性 变 化，当交流 电 的大小增大 时 ， 镇 流器上的自感 电动势 阻碍 原 电 流增大，自感 电动势 与原 电压 反向，当交流 电 减小 时 ， 镇 流器上的自感 电动势 阻碍原 电 流的减小，自感 电动势 与原 电压 同向，可 见镇 流器的自感 电动势总 是阻碍 电 流的 变 化， 镇 流器起降 压 、限流的作用 如下 图 是日光灯的 结 构示意 图 ，若按 图 示的 电 路 连 接，关于日光灯的 发 光情况，下列叙述中正确的是 ( ) A S1接通， S2、 S3断开，日光灯就能正常 发 光 B S1、 S2接通， S3断开，日光灯就能正常 发 光 例 3 C S3断开，接通 S1、 S2后，再断开 S2，日光灯就能正常 发 光 D当日光灯正常 发 光后，再接通 S3，日光灯仍能正常 发 光 解析： 当 S1接通， S2、 S3断开 时 ， 电 源 电压 220 V直接加在灯管 两端，达不到灯管启 动 的高 压值 ，日光灯不能 发 光， 选项 A 错误 当 S1、 S2接通， S3断开 时 ，灯 丝 两端被短路， 电压为 零，日 光灯不能 发 光， 选项 B错误 当日光灯正常 发 光后，再接通 S3， 则镇 流器被短路，灯管两 端 电压过 高，会 损 坏灯管， 选项 D错误 当 S1、 S2接通，灯 丝 被 预热 ， 发 出 电 子，再断开 S2， 镇 流器 中 产 生很大的自感 电动势 ，和原 电压 一起加在灯管两端，使 气体 电 离，日光灯正常 发 光， 选项 C正确 答案： C 题后反思 要弄清楚日光灯的工作原理，搞清楚日光灯在 预热 、启 动 、 正常工作三个不同 阶 段的 电 流通路及相关部件的作用 3. (多 选 )在日光灯 电 路中接有启 动 器、 镇 流器和日光灯管，下 列 说 法中正确的是 ( ) A日光灯点亮后， 镇 流器、启 动 器都不起作用 B 镇 流器在点亮灯管 时产 生瞬 时 高 压 ，点亮后起降 压 限流 作用 C日光灯点亮后，启 动 器不再起作用，可以将启 动 器去掉 D日光灯点亮后，使 镇 流器短路，日光灯仍能正常 发 光，并 能降低 对电 能的消耗 【 答案 】 BC 【 解析 】 日光灯工作 时 都要 经过预热 、启 动 和正常工作三个不同 的 阶 段，它 们 的工作 电 流通路如 图 所示 在启 动阶 段 镇 流器与启 动 器配合 产 生瞬 间 高 压 工作后， 电 流由 镇 流器 经 灯管，不再流 过 启 动 器，故日光灯启 动 后启 动 器不再工作，而 镇 流器 还 要起降 压 限流作用，不能去掉，故 选 BC. 自感 现 象是 电 磁感 应现 象的一个特例，它仍遵循 电 磁感 应 定 律分析自感 现 象，除弄清 这 一点之外， 还 必 须 抓住以下三 点： (1)自感 电动势总 是阻碍 电 路中原来 电 流的 变 化当原来 电 流 增大 时 ，自感 电动势 的方向与原来 电 流方向相反；当原来 电 流减小 时 ，自感 电动势 的方向与原来 电 流方向相同 自感现象中的图象问题 (2)“阻碍 ”不是 “阻止 ” “阻碍 ”电 流 变 化的 实质 是使 电 流不 发 生 “突 变 ”，使其 变 化 过 程有所延 缓 ，用 it图 象可以表示出 电 流的 变 化 过 程 (3)当 电 路接通瞬 间 ，自感 线 圈相当于断路；当 电 路 稳 定 时 ， 相当于 电 阻，如果 线 圈没有 电 阻，相当于 导线 (短路 )；当 电