2019_2020版高中物理第一章电磁感应6自感讲义精练（含解析）教科版.docx

6自感学科素养与目标要求物理观念：1.了解自感现象.2.了解自感电动势的表达式ELL，知道自感系数的决定因素. 3.了解日光灯的构造及工作原理科学探究：通过观察通电自感和断电自感时灯泡亮度的变化，认识自感现象科学思维：体会自感现象产生的机理，能运用电磁感应规律分析解释一、自感现象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叫做自感，在自感现象中产生的电动势叫做自感电动势二、自感系数1自感电动势：ELL，其中L是自感系数，简称自感或电感单位：亨利，简称亨，符号为H.2自感系数与线圈的形状、大小、匝数，以及是否有铁芯等因素有关三、日光灯1日光灯的构造：普通日光灯由灯管、镇流器、启动器、导线和开关组成2镇流器的作用：启动时产生瞬时高电压使灯管发光，正常工作时，起着降压限流作用1判断下列说法的正误(1)自感现象中，感应电流一定与原电流方向相反()(2)线圈的自感系数与电流大小无关，与电流的变化率有关()(3)日光灯点亮后，启动器就没有作用了()(4)在日光灯正常工作中，镇流器只会消耗能量，没有作用()2如图1所示，电路中电源内阻不能忽略，L的自感系数很大，其直流电阻忽略不计，A、B为两个完全相同的灯泡，当S闭合时，A灯_变亮，B灯_变亮当S断开时，A灯_熄灭，B灯_熄灭(选填“立即”或“缓慢”)图1答案缓慢立即缓慢缓慢一、通电自感现象1认识通电时的自感现象如图2所示，先闭合S，调节R2使A1、A2的亮度相同，再调节R1，使A1、A2都正常发光，然后断开S.再次闭合S.图2现象：灯泡A2立即发光，灯泡A1逐渐亮起来原因：电路接通时，电流由零开始增加，穿过线圈L的磁通量逐渐增加，为了阻碍磁通量的增加，感应电流产生的磁通量与原来电流产生的磁通量方向相反，则线圈中感应电动势的方向与原来的电流方向相反，阻碍了L中电流的增加，即推迟了电流达到稳定值的时间2对通电自感的理解(1)通电瞬间自感线圈处相当于断路(2)当线圈中的电流增大时，自感电动势的方向与原电流的方向相反，阻碍电流的增大，使电流从零逐渐增大到稳定值，但不能阻止电流的增大(3)电流稳定时自感线圈相当于导体(若直流电阻为零，相当于导线)例1如图3所示，电路中电源的内阻不能忽略，R的阻值和L的自感系数都很大，A、B为两个完全相同的灯泡，当S闭合时，下列说法正确的是(线圈L的直流电阻较小)()图3AA比B先亮，然后A灭BB比A先亮，然后B逐渐变暗CA、B一起亮，然后A灭DA、B一起亮，然后B灭答案B解析S闭合时，由于与A灯串联的线圈L的自感系数很大，故在线圈上产生很大的自感电动势，阻碍电流的增大，所以B比A先亮，稳定后，流过B灯支路的电流变小，所以B灯逐渐变暗，故B正确二、断电自感现象1认识断电时的自感现象如图4所示，L为自感系数较大的线圈，其直流电阻比灯泡的电阻小，先闭合开关使灯泡发光，然后断开开关图4现象：灯泡A闪亮一下再熄灭解释：在开关断开后灯泡闪亮一下的原因是灯泡断电后自感线圈中产生的感应电流比开关断开前流过灯泡的电流大2对断电自感的理解(1)当线圈中的电流减小时，自感电动势的方向与原电流方向相同；(2)断电自感中，由于自感电动势的作用，线圈中电流从原值逐渐减小若断开开关瞬间通过灯泡的电流大于断开开关前的电流，灯泡会闪亮一下；若断开开关瞬间通过灯泡的电流小于或等于断开开关前的电流，灯泡不会闪亮一下，而是逐渐变暗直至熄灭(3)自感电动势总是阻碍线圈中电流的变化，但不能阻止线圈中电流的变化例2如图5所示，开关S处于闭合状态，小灯泡A和B均正常发光，小灯泡A的电阻大于线圈L的电阻，现断开开关S，以下说法正确的是()图5A小灯泡A越来越暗，直到熄灭B小灯泡B越来越暗，直到熄灭C线圈L中的电流会立即消失D线圈L中的电流过一会再消失，且方向向右答案D解析S断开瞬间，小灯泡B立即熄灭由于小灯泡A的电阻大于线圈L的电阻，所以S断开前线圈的电流大于小灯泡A中的电流S断开瞬间，线圈中的电流由原电流逐渐减小，导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的减小，即线圈L中的电流过一会再消失，且方向向右，因L和小灯泡A组成新的回路，电流由原线圈中的电流逐渐减小，所以小灯泡A先亮一下，然后慢慢熄灭，故D正确学科素养通过例1和例2，进一步加深对通电自感现象和断电自感现象的理解，知道通电、断电瞬间，自感线圈中的电动势阻碍原电流的变化，但阻止不了电流的变化，且电流不能发生突变运用电磁感应知识解释自感现象，很好地体现了“科学思维”的学科素养三、自感现象中的图像问题例3如图6所示的电路中，开关S闭合且稳定后流过电感线圈的电流是2 A，流过灯泡的电流是1 A，现将开关S突然断开，开关S断开前后，能正确反映流过灯泡的电流i随时间t变化关系的图像是()图6答案D解析开关S断开前，通过灯泡D的电流是稳定的，其值为1 A开关S断开瞬间，自感线圈的支路由于自感现象会产生与线圈中原电流方向相同的自感电动势，使线圈中的电流从原来的2 A逐渐减小，方向不变，且与灯泡D构成回路，通过灯泡D的电流和线圈L中的电流相同，也应该是从2 A逐渐减小到零，但是方向与原来通过灯泡D的电流方向相反，D对提示要注意断电前后，无线圈的支路电流方向是否变化四、自感的典型应用日光灯1日光灯的电路如图7所示图72工作原理：日光灯在接通电源时，启动器首先导通，又立即断开，在断开的瞬间，由于自感现象，镇流器产生很高的自感电动势，而使灯管快速启动3镇流器的作用：日光灯启动时，镇流器提供瞬时高电压，而使气体放电；灯管发光后，镇流器又起着降压限流的作用例4若将图8甲中启动器换为开关S1，并给镇流器并联一个开关S2，如图乙所示，则下列叙述正确的是()图8A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答案C解析一般日光灯启动的瞬间把电源、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，所以启动时既要使题图乙中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，若把题图乙中S2闭合，则镇流器失去作用，日光灯不能正常工作，D错.1(对自感电动势的理解)关于线圈中自感电动势的大小，下列说法中正确的是()A电感一定时，电流变化越大，自感电动势越大B电感一定时，电流变化越快，自感电动势越大C通过线圈的电流为零的瞬间，自感电动势为零D通过线圈的电流为最大值的瞬间，自感电动势最大答案B解析电感一定时，电流变化越快，越大，由ELL知，自感电动势越大，故A错，B对；线圈中电流为零时，电流的变化率不一定为零，自感电动势不一定为零，故C错；当通过线圈的电流最大时，若电流的变化率为零，自感电动势为零，故D错2(对自感现象的理解)(多选)如图9所示电路，电感线圈L的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计，LA、LB是两个相同的灯泡，则()图9AS闭合瞬间，LA不亮，LB很亮BS闭合瞬间，LA、LB同时亮，然后LA逐渐变暗到熄灭，LB变得更亮CS断开瞬间，LA闪亮一下才熄灭，LB立即熄灭DS断开瞬间，LA、LB立即熄灭答案BC3(自感现象中的图像问题)在如图10所示的电路中，L是一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈，D1、D2和D3是三个完全相同的灯泡，E是内阻不计的电源在t0时刻，闭合开关S，电路稳定后在t1时刻断开开关S.规定以电路稳定时流过D1、D2的电流方向为正方向，分别用I1、I2表示流过D1和D2的电流，则下列图像中能定性描述电流I随时间t变化关系的是()图10答案C解析当闭合开关时，因为线圈与D1串联，所以流过D1的电流I1会慢慢增大，流过D2的电流I2为稳定值，且电路稳定时I2I1.当开关断开时，因为线圈阻碍电流I1的减小，所以通过D1的电流不会立即消失，会从原来的大小慢慢减小，由于L、D1、D2和D3构成回路，通过D1的电流也流过D2，所以I2变成反向立即增大，之后逐渐减小，故C正确，A、B、D错误4.(日光灯工作原理)家用日光灯电路如图11所示，S为启动器，A为灯管，L为镇流器，关于日光灯的工作原理，下列说法正确的是()图11A镇流器的作用是将交流电变为直流电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答案B解析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形动触片冷却收缩，两个触片分离，故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，碰撞管内气体(通常是氩气)分子，使之迅速电离在紫外线的激发下，管壁上的荧光粉发出近乎白色的可见光，故C、D错误一、选择题考点一自感现象分析1如图1所示，L为一纯电感线圈(即电阻为零)LA是一个灯泡，下列说法中正确的是()图1A开关S闭合瞬间，无电流通过灯泡B开关S闭合后，电路稳定时，无电流通过灯泡C开关S断开瞬间，无电流通过灯泡D开关S闭合瞬间及稳定时，灯泡中均有从a到b的电流，而在开关S断开瞬间，灯泡中有从b到a的电流答案B解析开关S闭合瞬间，灯泡中的电流从a到b，线圈由于自感作用，通过它的电流将逐渐增加开关S闭合后，电路稳定时，纯电感线圈对电流无阻碍作用，将灯泡短路，灯泡中无电流通过开关S断开瞬间，由于线圈的自感作用，线圈中原有的向右的电流将逐渐减小，线圈和灯泡形成回路，故灯泡中有从b到a的电流，故B正确2.如图2所示的电路中，A1和A2是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其阻值与R相同在开关S接通和断开时，灯泡A1和A2亮暗的顺序是()图2A接通时A1先达最亮，断开时A1后灭B接通时A2先达最亮，断开时A1后灭C接通时A1先达最亮，断开时A2后灭D接通时A2先达最亮，断开时A2后灭答案A解析当开关S接通时，A1和A2同时亮，但由于自感现象的存在，流过线圈的电流由零变大时，线圈上产生自感电动势阻碍电流的增大，使通过线圈的电流从零开始慢慢增加，所以开始时电流几乎全部从A1通过，而该电流又将同时分路通过A2和R，所以A1先达最亮，经过一段时间电路稳定后，A1和A2达到一样亮；当开关S断开时，电源电流立即为零，因此A2立即熄灭，而对A1，由于通过线圈的电流突然减小，线圈中产生自感电动势阻碍电流的减小，使线圈L和A1组成的闭合电路中有感应电流，所以A1后灭3(多选)(2018宿迁市高二上学期期末)如图3所示，A、B是两个完全相同的小灯泡，L是电阻不计、自感系数很大的线圈下列说法正确的有()图3A闭合S1，再闭合S2，A灯将变暗B闭合S1，再闭合S2，B灯将变暗直至熄灭C闭合S1、S2稳定后，再断开S1，A灯将立即熄灭D闭合S1、S2稳定后，再断开S1，B灯先亮一下然后变暗直至熄灭答案BCD4(2018如东中学高二阶段性测试)如图4所示，电源电动势为E，其内阻不可忽略，L1、L2是完全相同的灯泡，线圈L的直流电阻不计，电容器的电容为C，合上开关S，电路稳定后()图4A电容器的带电荷量为CEB灯泡L1、L2的亮度相同C在断开S的瞬间，通过灯泡L1的电流方向向右D在断开S的瞬间，灯泡L2立即熄灭答案C解析合上开关S，电路稳定后，L1被短路，灯L1不亮，灯L2发光，B错；由于电源有内阻，电容器两端电压UE，则电容器所带电荷量QIA，则能观察到小灯泡闪亮一下再熄灭，线圈的自感系数越大，小灯泡延时闪亮的时间就越长可见灯泡未闪亮的根本原因是不满足ILIA的条件，这是线圈电阻偏大造成的，故C正确考点二自感现象中的图像问题10(多选)如图10所示，用电流传感器研究自感现象电源内阻不可忽略，线圈的自感系数较大，其直流电阻小于电阻R的阻值t0时刻闭合开关S，电路稳定后，t1时刻断开S，电流传感器连接计算机分别描绘了整个过程线圈中的电流IL和电阻中的电流IR随时间t变化的图像下列图像中可能正确的是()图10答案AD11(多选)(2018玉溪市峨山一中高三月考)图11(a)是用电流传感器(相当于电流表，其电阻可以忽略不计)研究自感现象的实验电路，图中两个电阻的阻值均为R，L是一个自感系数足够大的自感线圈，其直流电阻值也为R.图(b)是某同学画出的在t0时刻开关S切换前后，通过传感器的电流随时间变化的图像关于这些图像，下列说法中正确的是()图11A图(b)中甲是开关S由断开变为闭合，通过传感器1的电流随时间变化的情况B图(b)中乙是开关S由断开变为闭合，通过传感器1的电流随时间变化的情况C图(b)中丙是开关S由闭合变为断开，通过传感器2的电流随时间变化的情况D图(b)中丁是开关S由闭合变为断开，通过传感器2的电流随时间变化的情况答案BC12.如图12所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，自感线圈L的直流电阻不计，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时刻断开开关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12答案B解析在t0时刻闭合开关S，由于线圈L产生自感电动势，阻碍电流通过，电源输出电流较小，路端电压较高，经过一段时间电路稳定后，电源输出电流较大，路端电压较低在tt1时刻断开开关S，电感线圈L产生自感电动势，与灯泡构成闭合回路，灯泡D中有反向电流通过，所以表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像中正确的是选项B.考点三日光灯的工作原理13(多选)如图13甲所示为日光灯电路，图乙为启动器结构图在日光灯正常工作的过程中()图13A镇流器为日光灯的点亮提供瞬时高压B镇流器维持灯管两端有高于电源的电压，使灯管正常工作C灯管点亮发光后，启动器中两个触片是接触