2019_20学年高中物理第一章电磁感应第六节自感现象及其应用课件粤教版.pptx

第一章 电磁感应,第六节 自感现象及其应用,学科素养与目标要求,物理观念： 1.了解自感现象和自感电动势. 2.了解并知道自感系数的决定因素. 科学探究： 1.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. 2.通过实验对比观察，认识自感系数的决定因素. 科学思维： 了解日光灯的工作原理.利用自感知识分析镇流器的工作机制.,NEIRONGSUOYIN,内容索引,自主预习,达标检测,课时对点练,预习新知 夯实基础,检测评价 达标过关,注重双基 强化落实,重点探究,启迪思维 探究重点,自主预习,1.定义：由于线圈本身的_发生变化而产生的电磁感应现象. 2.自感电动势：在_中产生的感应电动势.,一、自感现象,电流,自感现象,3.通电自感和断电自感,较慢地,变暗,增加,减小,4.自感系数 (1)自感电动势的大小：自感电动势的大小跟穿过线圈的_的快慢有关，还跟线圈_有关. (2)自感系数 定义：描述通电线圈自身特性的物理量.线圈的自感系数简称_或_，单位：_，符号：_. 决定线圈自感系数大小的因素：线圈的_、_、_以及是否有_等.,磁通量变化,本身的特性,自感,电感,亨利,H,长短,形状,匝数,铁芯,二、日光灯,1.主要组成：灯管、_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，_.,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,烧坏,触点,1.判断下列说法的正误. (1)自感现象中，感应电流方向一定和原电流方向相反.( ) (2)线圈中的自感系数越大，产生的自感电动势越大.( ) (3)对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感电动势较大.( ) (4)日光灯使用的是稳恒电流.( ) (5)日光灯正常发光后，启动器就不起什么作用了.( ) (6)镇流器只起升压作用.( ),即学即用,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,缓慢,立即,缓慢,缓慢,重点探究,一、对自感现象的理解,1.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：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，自感电动势的方向与原电流方向相同. (3)自感电动势的作用：阻碍原电流的变化，起到延迟电流变化的作用.,2.对电感线圈阻碍作用的理解 (1)当线圈中电流增大时，自感电动势方向与原电流方向相反，阻碍原电流的增大. (2)当线圈中电流减小时，自感电动势的方向与原电流方向相同，阻碍原电流的减小. (3)自感电动势总是阻碍电流的变化，但不能阻止电流的变化.,例1 如图2所示，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，且在下列实验中不会烧毁，电阻R2阻值约等于R1的两倍，则,图2,A.闭合开关S时，LA、LB同时达到最亮，且LB更亮一些 B.闭合开关S时，LA、LB均慢慢亮起来，且LA更亮一些 C.断开开关S时，LA慢慢熄灭，LB马上熄灭 D.断开开关S时，LA慢慢熄灭，LB闪亮后才慢慢熄灭,解析由于灯泡LA、R1与线圈L串联，灯泡LB与电阻R2串联，在S闭合的瞬间，通过线圈的电流突然增大，线圈产生自感电动势，阻碍电流的增加，所以LB立刻变亮，LA慢慢变亮，A、B错误. 由于LA所在的支路电阻阻值偏小，故稳定时电流大，即LA更亮一些，在S断开的瞬间，线圈产生自感电动势，两灯组成的串联电路中，电流从IA开始减小，故LA慢慢熄灭，LB闪亮后才慢慢熄灭，C错误，D正确.,电感线圈对电流的变化有阻碍作用，具体表现： (1)通电瞬间电感线圈处相当于断路. (2)在电流增大过程中，电感线圈中的电流从0逐渐增大到稳定值. (3)电流稳定时电感线圈相当于导体，若其直流电阻忽略不计，则相当于导线. (4)断电时，电感线圈相当于电源，其电流由原值逐渐减小，不会发生突变(必须有闭合回路).,A.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，灯泡中有从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,例2 (多选)如图3所示，L为一纯电感线圈(即电阻为零)，LA是一灯泡，下列说法正确的是,图3,解析 开关S闭合瞬间，灯泡中的电流从a到b，A错误； 线圈由于自感作用，通过它的电流逐渐增加，开关S接通后，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，B正确； 在开关S断开的瞬间，由于线圈的自感作用，线圈中原有向右的电流将逐渐减小，线圈与灯泡形成回路，故灯泡中有从b到a的瞬时电流，C错误，D正确.,断电自感中灯泡会不会闪亮的判断：断开开关瞬间通过灯泡的电流大于断开前通过灯泡的电流，灯泡会闪亮一下；若断开开关瞬间通过灯泡电流小于等于断开前的电流，灯泡不会闪亮一下，而是直接变暗.,二、自感现象中的图象问题,例3 如图4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变化关系的图象是,图4,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，电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.,三、日光灯的工作原理,1.闭合开关后，启动器动触片与静触片接触，使灯丝和镇流器线圈中有电流流过，使灯丝预热. 2.电路接通后，启动器中的氖气停止放电，U形片冷却收缩，两个触片分离，电路自动断开. 3.在电路突然断开的瞬间，由于镇流器电流急剧减小，会产生很高的自感电动势，方向与原来的电压方向相同，自感电动势与电源电压加在一起，形成一个瞬时高压，加在灯管两端，使灯管中的气体开始放电，于是日光灯成为电流的通路开始发光.,4.日光灯开始发光后，由于交变电流通过镇流器的线圈，线圈中就会产生自感电动势，它总是阻碍电流的变化，这时镇流器起着降压限流的作用，保证日光灯正常工作.,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 C.S1、S2、S3接通，日光灯就能正常发光 D.S3断开，接通S1、S2后，再断开S2，日光灯就能正常发光,例4 如图5所示为日光灯的结构示意图，若按图示的电路连接，关于日光灯发光的情况，下列说法正确的是,图5,解析 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，A错误； S1、S2接通，S3断开时，灯管发生短路，灯管两端电压为零，日光灯不能发光，B错误； 只有当S1、S2接通，灯丝被预热，再断开S2，镇流器产生很大的自感电动势，和原电压一起加在灯管两端，使管内气体电离，日光灯正常发光，C错误，D正确.,达标检测,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,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.,1,2,3,4,5,2.(对自感系数的理解)(2019汕头市高二检测)关于线圈的自感系数，下列说法正确的是 A.线圈的自感系数越大，自感电动势一定越大 B.线圈中的电流等于零时，自感系数也等于零 C.线圈中电流变化越快，自感系数越大 D.线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定,解析 线圈的自感系数跟线圈的形状、长短、匝数和有无铁芯等自身特性有关，与线圈中有无电流、电流的变化快慢等无关，B、C错误，D正确； 自感电动势除与线圈的自感系数有关外，还与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关，A错误.,1,2,3,4,5,A.S闭合瞬间，LA不亮，LB很亮 B.S闭合瞬间，LA、LB同时亮，然后LA逐渐变暗到熄灭，LB变得更亮 C.S断开瞬间，LA闪亮一下才熄灭，LB立即熄灭 D.S断开瞬间，LA、LB立即熄灭,3.(对自感现象的理解)(多选)如图6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6,1,2,3,4,5,4.(自感现象的图象问题)在如图7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，则下列图象中能定性描述电流I随时间t变化关系的是,图7,1,2,3,4,5,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.,1,2,3,4,5,A.镇流器的作用是交流电变为直流电 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,5.(对日光灯的原理的理解)家用日光灯电路如图8所示，S为启动器，A为灯管，C为镇流器，关于日光灯的工作原理，下列说法正确的是,1,2,3,4,5,图8,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； 电路接通时，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，B正确. U形动触片两极断开瞬间，流过镇流器的电流突然切断，产生很大的感应电动势，此瞬时高压加在灯管两端，灯管内惰性气体和汞蒸气电离，使灯管导电而发光，故C、D错误.,1,2,3,4,5,课时对点练,A.灯泡立即熄灭 B.灯泡逐渐熄灭 C.灯泡有明显的闪亮现象 D.只有在RLR时，才会看到灯泡有明显的闪亮现象,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,一、选择题 考点一 自感现象的分析 1.如图1是用于观察自感现象的电路图，设线圈的自感系数很大，线圈的直流电阻RL与灯泡的电阻R满足RLR，则在开关S由闭合到断开的瞬间，可以观察到,图1,13,14,解析 S闭合，电路稳定时，由于RLR，那么ILIR，S断开的瞬间，流过线圈的电流IL要减小，在L上产生的自感电动势要阻碍电流的减小，而灯泡与线圈形成闭合回路，流过线圈的电流IL通过灯泡，由于ILIR，因此灯泡开始有明显的闪亮现象，C正确，A、B错误. 若RLR，则ILIR，这样灯泡不会有明显的闪亮现象，D错误.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,A.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,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,2.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，其直流电阻与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2,13,14,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，A2立即熄灭，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.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,A.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,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,3.(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3,13,14,A.电容器的带电荷量为CE B.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,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,4.(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4,解析 合上开关S，电路稳定后，L1短路，L1灯不亮，L2灯发光，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QCE，A错； 断开S瞬间，通过L1的电流方向向右，C正确； 断开S瞬间，电容器放电，L2过一会儿熄灭，D错.,13,14,A.S闭合瞬间，B先亮A后亮 B.S闭合瞬间，A先亮B后亮 C.电路稳定后，在S断开瞬间，B闪亮一下，然后逐渐熄灭 D.电路稳定后，在S断开瞬间，B立即熄灭,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,5.(2018哈尔滨市六校高二下学期期末)如图5所示，A、B是两个完全相同的灯泡，D是理想二极管，L是带铁芯的线圈，其直流电阻忽略不计.下列说法正确的是,图5,13,14,解析 闭合开关S瞬间，线圈相当于断路，二极管正向导通，故电流可通过灯泡A、B，即A、B灯泡同时亮，故A、B错误. 因线圈的直流电阻为零，则当电路稳定后，灯泡A发生短路而熄灭，当开关S断开瞬间B立即熄灭，线圈中的电流也不能反向通过二极管，则灯泡A仍是熄灭的，故C错误，D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,A.合上开关后，c先亮，a、b后亮 B.断开开关时，N点电势高于M点 C.断开开关后，b、c同时熄灭，a缓慢熄灭 D.断开开关后，c马上熄灭，b闪亮一下后缓慢熄灭,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,6.(2018三明市高二下学期期末)在如图6所示的电路中，a、b、c为三盏完全相同的灯泡，L是自感线圈，直流电阻为RL，则下列说法正确的是,图6,13,14,解析 开关闭合瞬间，因线圈L的电流增大，产生自感电动势，通过a的电流逐渐增大，所以b、c先亮，a后亮，故A错误； 断开开关的瞬间，因线圈L的电流减小，产生自感电动势，根据楞次定律可知通过自感线圈的电流方向与原电流方向相同，N点电势高于M点；L和a、b组成的回路中有电流，由于原来a的电流小于b的电流，开关断开的瞬间，通过a、b和线圈回路的电流从a原来的电流减小，所以b不会闪亮一下，而是与a一起缓慢熄灭，而c没有电流，马上熄灭，故B正确，C、D错误.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,7.如图7所示的电路可用来测定自感系数较大的线圈的直流电阻，线圈两端并联一个电压表，用来测量自感线圈两端的直流电压，在实验完毕后，将电路拆去时应,图7,A.先断开开关S1 B.先断开开关S2 C.先拆去电流表A D.先拆去电阻R,解析 当开关S1、S2闭合稳定后，线圈中的电流由ab，电压表右端为“”极，左端为“”极，指针正向偏转，先断开开关S1或先拆去电流表A或先拆去电阻R的瞬间，线圈中产生的自感电动势相当于瞬时电源，其a端相当于电源的负极，b端相当于电源的正极，此时电压表上加了一个反向电压，使指针反偏，若反偏电压过大，会烧坏电压表，故应先断开开关S2，故选B.,13,14,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,8.某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁芯的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E，用导线将它们连接成如图8所示的电路.检查电路后，闭合开关S，小灯泡发光；再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象.虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他苦思冥想找不出原因.你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是,图8,A.电源的内阻较大 B.小灯泡电阻偏大 C.线圈电阻偏大 D.线圈的自感系数较大,13,14,解析 根据实物连线图画出正确的电路图，如图所示，,当闭合开关S，电路稳定之后，小灯泡中有稳定的电流IA，自感线圈中有稳定的电流IL，,当开关S突然断开时，电流IA立即消失，但是，由于自感电动势的作用，流过线圈的电流IL不能突变，自感线圈和小灯泡构成回路， 如果ILIA，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.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,考点二 自感现象中的图象问题 9.(多选)如图9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变化的图象.下列图象中可能正确的是,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,图9,13,14,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,10.(多选)(2018峨山一中月考)图10(a)是用电流传感器(相当于电流表，其内阻可以忽略不计)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象.关于这些图象，下列说法正确的是,图10,13,14,A.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,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,11.如图11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变化关系的图象中，正确的是,图11,13,14,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析 在t0时刻闭合开关S，由于自感线圈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，自感线圈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变化的图象中正确的是选项B.,13,14,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,考点三 日光灯的工作原理 12.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,13,14,解析 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，不能使灯管气体电离，选项D错误.只有选