高中物理 第1章 第6节 自感学案 教科版选修32.doc

学案8自感目标定位 1.能够通过电磁感应的有关规律分析通电自感和断电自感现象.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.了解日光灯结构及工作原理一、自感现象问题设计1通电自感：如图1所示，开关s闭合的时候两个灯泡的发光情况有什么不同？图1答案灯泡d2立即正常发光，灯泡d1逐渐亮起来2断电自感：如图2所示，先闭合开关使灯泡发光，然后断开开关图2(1)开关断开前后，流过灯泡的电流方向有何关系？(2)在开关断开后，有时灯泡闪亮一下再熄灭，有时灯泡只会缓慢变暗直至熄灭，请分析上述两种现象的原因是什么？答案(1)s闭合时，灯泡d中电流方向向左，s断开瞬间，灯泡d中电流方向向右，所以开关s断开前后，流过灯泡的电流方向相反(2)在开关断开后灯泡又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电源对灯泡供电的电流大要想使灯泡闪亮一下再熄灭，就必须使自感线圈的电阻小于与之并联的灯泡的电阻而当自感线圈的电阻大于灯泡的电阻时，灯泡只会延迟一段时间再熄灭要点提炼1定义：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2对通电自感和断电自感现象的分析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(1)通电瞬间自感电动势阻碍电流的增加，与自感线圈串联的灯泡在通电后会逐渐变亮，直到稳定通电瞬间自感线圈处相当于断路，电流稳定时自感线圈相当于导体(2) 断电时自感线圈处相当于电源，若断电前，自感线圈电流il大于灯泡的电流i灯，则灯泡会闪亮一下再熄灭；若断电前自感线圈中的电流il小于灯泡中的电流i灯，则不会出现闪亮，而是逐渐熄灭要注意断电前后通过灯泡的电流方向是否变化(均选填“大于”或“小于”)二、自感系数问题设计请阅读教材“自感系数”的内容并回答下列问题(1)自感电动势的大小取决于哪些因素？(2)自感系数与什么有关？答案(1)自感电动势的大小与电流变化的快慢和自感系数有关(2)自感系数跟线圈的形状、体积、匝数等因素有关，另外还与有无铁芯有关要点提炼1自感电动势的大小：ell，其中l是自感系数，简称自感或电感，单位：享利，符号h.1 mh103 h；1 h106 h.2自感系数的决定因素：由线圈本身性质决定，与线圈的形状、体积、匝数以及是否有铁芯等因素有关，与el、i、t等无关三、日光灯问题设计1自感现象可分为断电自感和通电自感，在使日光灯管启动的过程中，应用了哪种自感现象？答案断电自感2仔细阅读教材，你认为启动器在日光灯电路中的作用是什么？答案启动器在日光灯电路中相当于一个自动开关3镇流器在日光灯的启动及正常工作时各起什么作用？答案当启动日光灯时，由于启动器的两个触片的分离，镇流器中的电流急剧减小，会产生很高的自感电动势，这个自感电动势与电源电压加在一起，形成一个瞬时高电压加在灯管两端，使灯管中的气体放电，日光灯被点亮日光灯管发光后，电阻小，要求电流小，且日光灯管是用交流电源(大小与方向都随时间变化的电流)供电，此时镇流器产生自感电动势，阻碍电流变化，从而在灯管正常发光时起到降压限流的作用，保证日光灯管的正常工作要点提炼1启动器在日光灯电路中的作用为自动开关2当启动日光灯时，镇流器利用自感现象产生瞬时高电压；当日光灯正常发光时，镇流器又利用自感现象，起到降压限流作用一、自感现象的分析例1如图3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的阻值约等于r1的两倍，则 ()图3a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与线圈l串联，灯泡lb与电阻r2串联，当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先亮，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，当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，电流从线圈中原来的电流开始减小，即从ia开始减小，故la慢慢熄灭，lb闪亮后才慢慢熄灭，c错误，d正确答案d思路点拨(1)分析自感电流的大小时，应注意“l的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计”这一关键语句；(2)电路接通瞬间，自感线圈相当于断路；(3)电路断开瞬间，回路中电流从l中原来的电流开始减小二、自感现象的图像问题例2如图4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变化关系的图像是()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，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对答案d三、对日光灯工作原理的理解例3如图5所示是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，下列叙述中正确的是()图5as1接通，s2、s3断开，日光灯就能正常发光bs1、s2接通，s3断开，日光灯就能正常发光cs3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，不能使气体电离导电，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错误只有当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自感现象1. (自感现象的分析)如图6所示电路中，、是两只相同的电流表，电感线圈l的直流电阻与电阻r的阻值相等下列判断正确的是()图6a开关s接通的瞬间，电流表的读数大于的读数b开关s接通的瞬间，电流表的读数小于的读数c开关s接通，电路稳定后再断开的瞬间，电流表的读数大于的读数d开关s接通，电路稳定后再断开的瞬间，电流表的读数等于的读数答案bd2(自感现象的分析)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7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，他冥思苦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7a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答案c解析从实物连接图中可以看出，线圈l与小灯泡并联，断开开关s时，小灯泡a中原来的电流立即消失，线圈l与小灯泡组成闭合回路，由于自感，线圈中的电流逐渐变小，使小灯泡中的电流反向且与线圈中电流大小相同，小灯泡未闪亮说明断开s前，流过线圈的电流与小灯泡的电流相同或较小，原因可能是线圈电阻偏大，故选项c正确3. (自感现象的图像问题)某线圈中通有如图8所示的电流，则线圈中自感电动势改变方向的时刻有()图8a第1 s末b第2 s末c第3 s末d第4 s末答案bd解析自感电动势ell，当电流的变化率为零时，自感电动势的方向发生变化由题图可知t2 s和t4 s时为零，故选项b、d正确4(对日光灯工作原理的理解)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()答案a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启动器动、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，当启动器动、静触片分离后，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、右端分别被短接，无法预热放出电子，不能使灯管内气体导电，选项d错误.题组一自感现象的分析1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，自感电动势就一定越大b线圈中电流等于零时，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性质及有无铁芯决定答案d解析自感系数是由线圈的体积、形状、匝数、有无铁芯等因素决定的，故b、c错，d对；自感电动势不仅与自感系数有关，还与电流变化快慢有关，故a错2. 如图1所示，l为自感系数较大的线圈，电路稳定后灯a正常发光，当断开开关s的瞬间会有()图1a灯a立即熄灭b灯a慢慢熄灭c灯a突然闪亮一下再慢慢熄灭d灯a突然闪亮一下再突然熄灭答案a解析当开关s断开时，由于通过自感线圈的电流从有变到零，线圈将产生自感电动势，但由于线圈l与灯a串联，在s断开瞬间，不能形成闭合回路，因此灯a在开关断开瞬间，立即熄灭3. 如图2所示，两个电阻阻值均为r，电感线圈l的电阻及电池内阻均可忽略不计，s原来断开，电路中电流i0，现将s闭合，于是电路中产生了自感电动势，此自感电动势的作用是 ()图2a使电路的电流减小，最后由i0减小到零b有阻碍电流增大的作用，最后电流小于i0c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，但电流最后还是变为2i0答案d解析s闭合，电路中电阻减小，电流增大，线圈产生的自感电动势的作用是阻碍原电流的增大，a错；阻碍电流增大，不是不让电流增大，而是让电流增大的速度变慢，b、c错；最后达到稳定时，电路中电流为i2i0，故d正确4. 如图3所示的电路中，线圈l的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计，a、b是两个相同的灯泡，下列说法中正确的是()图3as闭合后，a、b同时发光且亮度不变bs闭合后，a立即发光，然后又逐渐熄灭cs断开的瞬间，a、b同时熄灭ds断开的瞬间，a再次发光，然后又逐渐熄灭答案bd解析线圈对变化的电流有阻碍作用，开关接通时，a、b串联， 同时发光，但电流稳定后线圈的直流电阻忽略不计，使a被短路，所以a错误，b正确；开关断开时，线圈产生自感电动势，与a构成回路，a再次发光，然后又逐渐熄灭，所以c错误，d正确5如图4所示甲、乙电路，电阻r和自感线圈l的电阻都很小接通s，使电路达到稳定，灯泡a发光，则 ()图4a在电路甲中，断开s，a将渐渐变暗b在电路甲中，断开s，a将先变得更亮，然后渐渐变暗c在电路乙中，断开s，a将渐渐变暗d在电路乙中，断开s，a将先变得更亮，然后渐渐变暗答案ad解析题图甲中，a与电感线圈l在同一个支路中，流过的电流相同，断开开关s时，电感线圈l中的自感电动势要维持原电流不变，所以开关断开的瞬间，a的电流不变，以后电流渐渐变小，因此，a渐渐变暗，选项a正确，b错误题图乙中，a所在支路的电流比电感线圈所在支路的电流要小(因为电感线圈的电阻很小)，断开开关s时，电感线圈的自感电动势要阻碍电流的变小，此瞬间电感线圈中的电流不变，电感线圈相当于一个电源给a供电，因此，反向流过a的电流瞬间要变大，然后渐渐变小，所以a将先闪亮一下，然后渐渐变暗，选项c错误，d正确6如图5所示，闭合电路中的螺线管可自由伸缩，螺线管有一定的长度，这时灯泡具有一定的亮度，若将一软铁棒从螺线管左边迅速插入螺线管内，则将看到()图5a灯泡变暗 b灯泡变亮c螺线管缩短 d螺线管伸长答案ad解析当软铁棒插入螺线管中，软铁棒被磁化，穿过螺线管的磁通量增加，故产生反向的自感电动势，所以电流减小，灯泡变暗，每匝线圈间同向电流的作用力减小，故螺线管伸长7. 在制作精密电阻时，为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象，采取了双线绕法，如图6所示，其道理是()图6a当电路中的电流变化时，两股导线中产生的自感电动势相互抵消b当电路中的电流变化时，两股导线中产生的感应电流互相抵消c当电路中的电流变化时，两股导线中产生的磁通量互相抵消d当电路中的电流变化时，电流的变化量相互抵消答案c解析能否有感应电动势，关键在于穿过回路的磁通量是否变化由于导线是双线绕法，使穿过回路的磁通量等于零，无论通过的电流变化与否，磁通量均为零不变，所以不存在感应电动势和感应电流题组二自感现象的图像问题8在如图7所示的电路中，两个相同的小灯泡l1和l2分别串联一个带铁芯的电感线圈l和一个滑动变阻器r.闭合开关s后，调节r，使l1和l2发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均为i，然后断开s.若t时刻再闭合s，则在t前后的一小段时间内，下列选项中能正确反映流过l1的电流i1、流过l2的电流i2随时间t变化的图像的是()图7答案b解析与滑动变阻器r串联的l2，没有自感，直接变亮，电流变化图像如a中图线，c、d错误与带铁芯的电感线圈串联的l1，由于自感，电流逐渐变大，a错误，b正确9. 如图8所示的电路中，电源的电动势为e，内阻为r，电感线圈l的电阻不计，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8答案b解析在t0时刻闭合开关s，由于电感线圈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s，电感线圈l产生自感电动势，与灯泡d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b.10. 如图9所示，电源的电动势为e10 v，内阻不计，l与r的电阻值均为5 ，两灯泡的电阻值均为rs10 .图9(1)求断开s的瞬间，灯泡l1两端的电压；(2)定性画出断开s前后一段时间内通过l1的电流随时间的变化规律答案(1)10 v(2)见解析图解析(1)电路稳定工作时，由于a、b两点的电势相等，导线ab上无电流通过因此通过l的电流为il a1 a流过l1的电流为is a0.5 a断开s的瞬间，由于线圈要想维持il不变，而与l1组成闭合回路，因此通过l1的最大电流为1 a.所以此时l1两端的电压为uilrs10 v(正常工作时为5 v)(2)断开s前，流过l1的电流为0.5 a 不变，而断开s的瞬间，通过l1的电流突变为1 a，且方向也发生变化，然后渐渐减小到零，所以它的图像如图所示(t0为断开s的时刻)注：从t0开始，电流持续的时间实际上一般是很短的题组三对日光灯工作原理的理解11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