2019_2020学年高中物理第1章电磁感应第6节自感现象及其应用学案粤教版选修3_2.docx

第六节自感现象及其应用学习目标1.理解自感现象，把握自感现象的特点，能正确分析两类自感现象(重点)2.知道日光灯的结构和工作原理(重点)3.断电自感灯泡闪亮原因的分析判断(难点)一、自感现象及自感系数1自感现象：当线圈中的电流发生变化时，线圈本身产生感应电动势，阻碍原来电流变化的现象2通电自感和断电自感电路现象自感电动势的作用通电自感接通电源的瞬间，灯泡A1较慢的亮起来阻碍电流的增加断电自感断开开关的瞬间，灯泡A逐渐变暗阻碍电流的减小3.自感电动势在自感现象中产生的感应电动势4自感系数(1)定义：描述通电线圈自身特性的物理量，又称自感或电感(2)物理意义：表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量(3)大小的决定因素：与线圈的大小、形状、匝数以及有无铁芯等因素有关(4)单位：国际单位是亨利，简称亨，符号是H，常用的还有毫亨(mH)和微亨(H)，1 H103 mH106 H.二、日光灯1主要组成灯管、镇流器和启动器2灯管(1)工作原理：管中气体导电时发出紫外线，荧光粉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：灯管两端的电压达到一定值时，气体才能导电；而要在灯管中维持一定大小的电流，所需的电压却很低3镇流器的作用日光灯启动时，提供高压；日光灯启动后，降压限流4启动器启动器的作用：通断电路1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)自感现象是由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象()(2)线圈中自感电动势的方向总与引起自感的原电流的方向相反()(3)线圈中自感电动势的大小与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关()(4)日光灯正常发光后，启动器就不起什么作用了()(5)镇流器只起升压作用()2(多选)如图所示，带铁芯的自感线圈的电阻与电阻R的阻值相同，A1和A2是两个完全相同的电流表，则下列说法中正确的是()A闭合S瞬间，电流表A1示数小于A2示数B闭合S瞬间，电流表A1示数等于A2示数C断开S瞬间，电流表A1示数大于A2示数D断开S瞬间，电流表A1示数等于A2示数AD闭合S瞬间，由于自感线圈L的阻碍，使得I1I2，电流表A1示数小于A2示数，A对，B错；断开S瞬间，自感线圈L与R形成闭合回路，因此电流表A1示数等于A2示数，C错，D对3(多选)下列关于日光灯的说法正确的是()A启动器触片接通时，镇流器产生瞬时高压B工作时，镇流器降压、限流，保证日光灯管正常发光C工作时，镇流器使日光灯管的电压稳定在220 VD正常工作和不工作时，双金属片的状态相同BD启动器接通后再断开时，镇流器产生瞬时高压，而不是接通时产生高压，故A错误；日光灯正常工作时，因交流电通过镇流器产生自感电动势，起降压、限流作用，故B正确；保证日光灯管正常工作，此时有电流通过日光灯管，灯管两端电压小于220 V，故C错误；启动器在启动时，相当于自动开关的作用，启动后双金属片恢复原状，故D正确自感现象的理解1对自感现象的理解：自感现象是一种电磁感应现象，遵从法拉第电磁感应定律和楞次定律2对自感电动势的理解(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，自感电动势方向与原电流方向相同(增反减同)(3)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3对电感线圈阻碍作用的理解(1)两种阻碍作用产生的原因不同：线圈对稳定电流的阻碍作用是由绕制线圈的导线的电阻决定的，对稳定电流阻碍作用的产生原因是金属对定向运动电子的阻碍作用，具体可用金属导电理论理解线圈对变化电流的阻碍作用是由线圈的自感现象引起的，当通过线圈中的电流变化时，穿过线圈的磁通量发生变化，产生自感电动势，根据楞次定律知，当线圈中的电流增加时，线圈中的自感电动势与原电流方向相反，阻碍电流的增加(图甲)当线圈中的电流减小时，线圈中的自感电动势与原电流方向相同，阻碍电流的减小(图乙)甲乙(2)两种阻碍作用产生的效果不同：在通电线圈中，电流稳定值为，由此可知线圈的稳定态电阻决定了电流的稳定值L越大，电流由零增大到稳定值I0的时间越长也就是说，线圈对变化电流的阻碍作用越大，电流变化的越慢总之，稳定态电阻决定了电流所能达到的稳定值，对变化电流的阻碍作用决定了要达到稳定值所需的时间【例1】关于线圈中自感电动势大小的说法中正确的是()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B由自感电动势EL得L一定时，E与成正比，即电感一定时，电流变化越快，自感电动势越大，故A错误，B正确；通过线圈的电流为零的瞬间，电流变化率不一定为零，自感电动势不一定为零，通过线圈的电流为最大值的瞬间，电流变化率可能为零，自感电动势也可能为零，故C、D均错误(1)电流变化时，电感线圈产生自感电动势，对电流的变化有阻碍作用(2)电流稳定时，电感线圈不产生自感电动势，相当于一段导体，阻值即为直流电阻训练角度1：自感电动势的方向判定1如图所示的电路中，电源电动势为E，线圈L的电阻不计以下判断正确的是()A闭合S，稳定后，电容器两端电压为EB闭合S，稳定后，电容器的a极带正电C断开S的瞬间，电容器的a极板将带正电D断开S的瞬间，电容器的a极板将带负电C闭合S，稳定后，线圈L相当于导线，则电容器被短路，则其电压为零，故A错误；电容器的电压为零，a极板不带电，故B错误；断开S的瞬间，线圈L中电流减小，产生自感电动势，相当于电源，给电容器充电，根据线圈的电流方向不变，则电容器的a极板将带正电，故C正确，D错误训练角度2：自感电动势的大小分析2关于自感现象，正确的说法是()A感应电流一定和原来的电流方向相反B对于同一线圈，当电流变化越大时，线圈产生的自感电动势也越大C对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈的自感系数也越大D对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈中的自感电动势也越大D当电流增加时，自感电动势的方向与原来的电流反向，当电流减小时与原来的电流同向，故选项A错误；自感电动势的大小，与电流变化快慢有关，与电流变化大小无关，故选项B错误；自感系数只取决于线圈的本身因素，与电流变化情况无关，故选项C错误；结合选项B的错误原因可知，选项D正确通电自感与断电自感问题在处理通断电自感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通电自感断电自感电路图器材要求A1、A2同规格，RRL，L较大L很大(有铁芯)，RLRA现象在S闭合瞬间，A2灯立即亮起来，A1灯逐渐变亮，最终一样亮在开关S断开时，灯A突然闪亮一下后再渐渐熄灭(当抽掉铁芯后，重做实验，断开开关S时，会看到灯A马上熄灭)原因由于开关闭合时，流过电感线圈的电流迅速增大，使线圈产生自感电动势，阻碍电流的增大，使流过A1灯的电流比流过A2灯的电流增加得慢断开开关S时，流过线圈L的电流减小，使线圈产生自感电动势，阻碍电流的减小，使电流继续存在一段时间；在S断开后，通过L的电流反向通过电灯A，且由于RLRA，使得流过A灯的电流在开关断开瞬间突然增大，从而使A灯的发光功率突然变大能量转化情况电能转化为磁场能磁场能转化为电能【例2】(多选)图中两个电路是研究自感现象的电路，对实验结果的描述正确的是()A接通开关时，灯A2立即就亮，A1稍晚一会儿亮B接通开关时，灯A1立即就亮，A2稍晚一会儿亮C断开开关时，灯A1立即熄灭，A2稍晚一会儿熄灭D断开开关时，灯A2立即熄灭，A1稍晚一会儿熄灭思路点拨：与线圈L串联的灯泡与线圈中电流一定相等与线圈L并联的灯泡的电流与线圈中电流可以不同AC接通开关时，A2立即就亮，A1与线圈串联，由于自感电动势的作用，电流逐渐变大，所以A1稍晚一会儿亮，A正确；断开开关时，A1立即熄灭，A2由于和线圈构成回路，回路中电流逐渐减小，所以稍晚一会儿熄灭，C正确通、断电自感现象的判断技巧(1)通电时线圈产生的自感电动势阻碍电流的增加，且与电流方向相反，使电流相对缓慢地增加(2)断电时线圈产生的自感电动势与原电流方向相同，在与线圈串联的回路中，线圈相当于电源，它提供的电流逐渐变小(3)电流稳定时，若线圈有电阻时就相当于一个定值电阻，若不计线圈的电阻时就相当于一根导线训练角度1：通电自感现象分析3如图所示，电路中自感线圈电阻很小，可以忽略不计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 ()AA比B先亮，然后A灭BB比A先亮，然后A灯逐渐变亮CA、B一起亮，然后A灭DA、B一起亮，然后B灭BS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，由于L的直流电阻很小，所以稳定后A灯的电流变大，A灯逐渐变亮，故A、C、D错误，B正确训练角度2：断电自感现象分析4如图所示，a、b、c为三个相同的灯泡，额定电压稍大于电源的电动势，电源内阻可以忽略L是一个本身电阻可忽略的电感线圈开关S闭合现突然断开，已知在这一过程中灯泡都不会烧坏，则下列关于c灯泡的说法中正确的是 ()A亮度保持不变B将闪亮一下，而后逐渐熄灭C将闪亮一下，而后逐渐恢复原来的亮度D将变暗一下，而后逐渐恢复原来的亮度C当开关合上，稳定后，灯泡a短路，不亮，b、c两灯的电压为电源电压，通过L的电流，为E电压下灯泡工作电流的2倍开关S断开后，a、b灯串联后与c灯并联接到电路中，由于自感电动势的作用，断电瞬间，通过L的电流成为通过c的电流，即原电流的2倍，c灯闪亮，但是稳定后c两端的电压仍是E，所以最终恢复原亮度，故A、B、D错误，C正确训练角度3：自感现象中的图象问题5.如图所示的电路中，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S突然断开，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()ABCDD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感应电动势，使线圈中的电流从原来的2 A逐渐减小，方向不变，且同灯泡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,对日光灯原理的理解1.开关闭合后，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形动触片冷却收缩，两个触片分离，电路自动断开在电路突然断开的瞬间，由于通过镇流器的电流急剧减小，会产生很大的自感电动势，方向与原来的电压方向相同，自感电动势与电源电压一起加在灯管两端，形成一个瞬时高电压，使灯管中的气体击穿，于是日光灯开始发光3日光灯正常发光后，由于交变电流通过镇流器线圈，线圈中会产生自感电动势，它总是阻碍电流变化，镇流器起降压限流的作用，保证日光灯正常发光【例3】(多选)启动器由电容器和氖管两大部分组成，其中氖管中充有氖气，内部有静触片和U形动触片通常动、静触片不接触，有一个小缝隙，则下列说法中正确的是()A当电源的电压加在启动器两极时，氖气放电并产生热量，导致U形动触片受热膨胀B当电源的电压加在启动器两极后，启动器的两个触片才接触，使电路有电流通过C电源的电压加在启动器两极前，启动器的两个触片就接触着，电路就已经有电流通过D当电路接通后，两个触片冷却，两个触片重新分离ABD依据日光灯的工作原理可知，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，辉光产生热量使U形动触片膨胀伸长，跟静触片接触把电路接通电路接通后，启动器的氖气停止放电，U形动触片冷却收缩，两个触片分开，电路自动断开镇流器作用的两点说明(1)日光灯管在启动时需要500700 V的瞬时高压，这个高压是由镇流器产生的自感电动势与电源电压叠加后产生的(2)当灯管正常发光后，它的电阻变得很小，允许通过较小的电流，需要加在它两端的电压变小，镇流器这时又起到给灯管降压限流的作用6(多选)如下图所示的四个日光灯的接线图中，S1为启动器，S2为开关，L为镇流器，能使日光灯正常发光的是 ()ABCDAC日光灯工作时，电流通过镇流器、灯丝、电源和启动器形成回路，使启动器发出辉光，相当于启动器短路接通，同时电流加热灯丝，灯丝发射电子，镇流器起控制加热电流的作用；之后启动器断开瞬间，镇流器产生很大的自感电动势，出现一个高电压加在灯管两端，灯管中的气体放电、发光，此时启动器已无作用所以启动器可用手动的开关来代替(实际操作时，当启动器丢失或损坏时，可将连接启动器的两个线头短接然后再断开)课 堂 小 结知 识 脉 络1.一个线圈中的电流变化时，会在它本身激发出感应电动势，叫自感电动势，自感电动势的作用是阻碍线圈自身电流的变化2自感电动势的大小为EL，其中L为自感系数，它与线圈大小、形状、圈数，以及是否有铁芯等因素有关3启动器利用氖管的辉光放电，在日光灯工作电路中起自动接通和切断电路的作用4在日光灯启动中，镇流器会产生瞬时高压，在日光灯正常工作时，镇流器起到降压限流的作用.1关于线圈的自感系数，下面说法正确的是 ()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，自感系数越小D线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定D线圈的自感系数是由线圈本身的因素及有无铁芯决定的，与有无电流、电流变化情况都没有关系，故B、C错误，D正确；自感电动势的大小除了与自感系数有关，还与电流的变化率有关，故A错误2若将图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()A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C一般日光灯启动时，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3.如图所示是用于观察自感现象的电路图设线圈的自感系数较大，线圈的直流电