粤教版选修32 第一章 6 自感现象及其应用 学案.docx

目标定位1.知道什么是自感现象及自感电动势，会分析和解释自感现象.2.知道自感电动势的大小和自感系数有关，并知道影响自感系数的因素.3.知道日光灯的组成，能用自感的知识分析日光灯的启动及工作原理一、自感现象1自感：由于线圈本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象2自感电动势：在自感现象中产生的感应电动势3自感电动势对电流的作用：总是阻碍原电流的变化电流增加时，感应电动势阻碍电流的增加；电流减小时，感应电动势阻碍电流的减小4实验与探究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逐渐变亮，l2立刻变亮阻碍电流的增加断电自感断开开关的瞬间，灯泡l2立刻熄灭，灯泡l1却是闪亮一下，再逐渐熄灭阻碍电流的减小5.对电感线圈阻碍作用的理解(1)若电路中的电流正在改变，通电线圈会产生自感电动势阻碍电路中电流的变化，使得通过通电线圈的电流不能突变(2)若电路中的电流是稳定的，通电线圈相当于一段导线，其阻碍作用是由绕制线圈的导线的电阻引起的深度思考在断电自感现象中，电流减小时，自感线圈中的电流大小一定小于原先所通过电流的大小，为什么灯泡有时闪亮一下再熄灭？答案断电自感时，自感线圈中的电流大小一定小于原先所通过电流的大小，但是可能会大于灯泡中的电流，所以灯泡会闪亮例1在如图1所示的甲、乙电路中，电阻r和灯泡电阻的阻值相等，自感线圈l的电阻值可认为是0，在接通开关s时，则()图1a在电路甲中，a将渐渐变亮b在电路甲中，a将先变亮，然后渐渐变暗c在电路乙中，a将渐渐变亮d在电路乙中，a将先由亮渐渐变暗，然后熄灭解析在电路甲中，当接通开关s时，通过与灯泡相连的自感线圈的电流突然增大，由于线圈的自感现象，开始时，自感线圈产生一个很大的自感电动势来阻碍电流的流入，流入灯泡的电流很小；后来由于电流的不断流入，通过自感线圈的电流变化逐渐变慢，所以自感线圈的阻碍作用逐渐减小；当流过线圈的电流最大时，自感线圈就没有阻碍作用，所以通过灯泡的电流只能慢慢增大，故选项a正确在电路乙中，当接通开关s时，通过自感线圈的电流突然增大，由于线圈的自感现象，开始时，自感线圈就产生一个很大的自感电动势来阻碍电流的流入，流入线圈的电流很小(可认为是0)，电路中的电流可以认为都是从灯泡通过的，以后自感线圈的阻碍作用逐渐减小，通过自感线圈的电流逐渐增大，而通过灯泡的电流逐渐减小，直到流过线圈的电流最大时，自感线圈就没有阻碍作用，又因为自感线圈l的电阻值可认为是0，所以通过灯泡的电流可认为是0，故选项d正确答案ad分析通电自感需抓住三点：(1)通电瞬间自感线圈处相当于断路；(2)电流增大过程中自感线圈对电流有阻碍作用使线圈中的电流从0逐渐增大到稳定值；(3)电流稳定时自感线圈相当于导体.例2如图2(a)、(b)所示的电路中，电阻r和自感线圈l的电阻值都很小，且小于灯泡a的电阻，闭合开关s，使电路达到稳定，灯泡a发光，则()图2a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，然后渐渐变暗解析在电路(a)中，灯a和线圈l串联，它们的电流相同，断开s时，线圈上产生自感电动势，阻碍原电流的减小，流过灯a的电流逐渐减小，从而灯a只能渐渐变暗在电路(b)中，电阻r和灯a串联，灯a的电阻大于线圈l的电阻，电流则小于线圈l中的电流，断开s时，电源不再给灯泡供电，而线圈产生自感电动势阻碍电流的减小，通过r、a形成回路，灯a中电流突然变大，灯a将先变得更亮，然后渐渐变暗，故a、d正确答案ad针对训练如图3所示的电路中，电源的电动势为e，内阻为r，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变化的图象中，正确的是()图3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，电源输出电流较大，路端电压较低在tt1时刻断开s，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b.(1)断电时，自感线圈处相当于电源，其电流逐渐减小，不会发生突变.(2)断电时，灯泡会不会闪亮一下再熄灭取决于通过灯泡前后电流大小的关系.若断电前自感线圈电流il大于灯泡的电流id则灯泡会闪亮一下再熄灭；若断电前自感线圈中的电流il小于或等于灯泡中的电流id则不会出现闪亮，而是逐渐熄灭.(3)要注意断电前后通过灯泡的电流方向是否变化.二、自感系数1描述通电线圈自身特性的物理量，简称自感或电感2线圈越粗、越长，匝数越多，其自感系数就越大；有铁芯时线圈的自感系数比没有铁芯时大得多3单位：亨利，简称亨，符号是h.常用的较小单位有mh和h.深度思考如何增大线圈的自感电动势？答案一是增大自感系数：可增大线圈的匝数，线圈的横截面积，插入铁芯；二是使电流变化加快例3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因素及有无铁芯决定解析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外，还与电流的变化率有关，故a错误答案d对自感系数的理解(1)自感系数的大小由线圈本身的特性及有无铁芯决定，线圈越长，单位长度的匝数越多，自感系数越大.(2)自感系数与e、i、t等均无关.三、日光灯1构造日光灯的电路如图4所示，主要由灯管、镇流器和启动器组成图42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，辉光产生热量使u形动触片膨胀伸长，与静触片接触，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启动器的作用在日光灯电路中的作用为自动开关4镇流器(1)镇流器是一个带铁芯的线圈，其圈数很多且为闭合铁芯，自感系数很大(2)作用：当启动日光灯时，镇流器利用自感现象产生瞬时的高电压；当日光灯正常发光时，镇流器又利用自感现象，对灯管起到降压限流作用例4如图5甲为日光灯电路，图乙为启动器结构图在日光灯正常工作的过程中()图5a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的d灯管点亮发光后，镇流器起降压限流作用使灯管在较低的电压下工作解析日光灯刚发光时，镇流器在启动时产生瞬时高压，故a正确；灯管点亮发光后，镇流器起降压限流作用使灯管在较低的电压下工作，故b错误，d正确灯管正常发光后，启动器不再工作，启动器中两个触片是分离的，故c错误答案ad1(对自感现象的理解)关于自感现象，下列说法中正确的是()a自感现象是线圈自身的电流变化而引起的电磁感应现象b自感电动势总是阻止原电流的变化c自感电动势的方向总与原电流方向相反d自感电动势的方向总与原电流方向相同答案a解析自感现象是线圈自身的电流变化而引起的电磁感应现象，在自感现象中自感电动势总是阻碍原电流的变化，不是阻止，所以选项b错当原电流减小时，自感电动势与原电流的方向相同，当原电流增加时，自感电动势与原电流方向相反，所以选项c、d错2(对通、断电自感的理解)(多选)如图6所示，带铁芯的电感线圈的电阻与电阻器r的阻值相同，a1、a2是两个完全相同的电流表，则下列说法中正确的是()图6a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示数答案ad解析开关s闭合瞬间，线圈l产生自感电动势阻碍电流增大，所以此时电流表a1中的电流小于电流表a2中的电流，a项正确；开关断开瞬间，线圈l与a1、a2和r构成回路，线圈l中产生自感电动势，阻碍电流减小，所以a1、a2中电流也逐渐减小，但始终相等，d项正确3(对通、断电自感的理解)如图7所示的电路中a1和a2是两个相同的小灯泡，l是一个自感系数很大的线圈，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7a闭合时a1先达最亮，断开时a1后灭b闭合时a2先达最亮，断开时a1后灭c闭合时a1先达最亮，断开时a1先灭d闭合时a2先达最亮，断开时a2先灭答案a解析当开关s闭合时，a1和a2同时亮，但由于自感现象的存在，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逐渐增大，所以开始时电流几乎全部从a1通过，而该电流又将同时分两路通过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.题组一对通、断电自感现象的分析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1a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答案c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2如图2所示，l为一纯电感线圈(即电阻为零)a是一个灯泡，下列说法正确的是()图2a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的瞬间电流3如图3所示，多匝电感线圈的电阻和电池内阻都忽略不计，两个定值电阻的阻值都是r，开关s原来打开，电流为i0，现合上开关将一电阻短路，于是线圈中有自感电动势产生，此电动势()图3a有阻碍电流的作用，最后电流由i0减小到零b有阻碍电流的作用，最后电流总小于i0c有阻碍电流增大的作用，因而电流i0保持不变d有阻碍电流增大的作用，但电流最后还是增大到2i0答案d解析当s合上时，电路的电阻减小，电路中电流要增大，故l要产生自感电动势，阻碍电路中的电流增大，但阻碍不是阻止；当s闭合电流稳定后，l的自感作用消失，电路的电流为i2i0，d项正确4如图4所示，电感线圈l的自感系数足够大，其电阻忽略不计，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4a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闪亮后才慢慢熄灭答案d解析由于灯泡la与线圈l和r1串联，灯泡lb与电阻r2串联，当s闭合瞬间，通过线圈的电流突然增大，线圈产生自感电动势，阻碍电流的增大，所以lb比la先亮，a、b选项错误；由于la所在的支路电阻阻值较小，故稳定时电流较大，即la更亮一些，当s断开瞬间，线圈产生自感电动势，两灯组成的串联电路中，电流从线圈中开始减小，即从ia减小，故la慢慢熄灭，lb闪亮后才慢慢熄灭，c错误，d正确5如图5所示，e为电池，l是电阻可忽略不计、自感系数足够大的线圈，d1、d2是两个规格相同的灯泡，s是控制电路的开关对于这个电路，下列说法中不正确的是()图5a刚闭合s的瞬间，通过d1、d2的电流大小相等b刚闭合s的瞬间，通过d1、d2的电流大小不相等c闭合s待电路达到稳定后，d1熄灭，d2比s刚闭合时亮d闭合s待电路达到稳定后，再将s断开的瞬间，d2立即熄灭答案b解析刚闭合s的瞬间，由于线圈的阻碍作用，通过d1、d2的电流大小相等，a正确，b错误闭合s待电路达到稳定后，d1中无电流通过，d1熄灭，回路的电阻减小，电流增大，d2比s刚闭合时亮，c正确；闭合s待电路达到稳定后，再将s断开的瞬间，d2中无电流，立即熄灭，d正确故选b.6如图6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6a先断开开关s1b先断开开关s2c先拆去电流表a d先拆去电阻r答案b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间电源，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.7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，而是要继续流动，于是，自感线圈和小灯泡构成了回路，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如果不满足ilia的条件，小灯泡只是延时熄灭，不会观察到闪亮一下再熄灭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正确题组二自感现象中的图象问题8在如图8所示的电路中，开关s是闭合的，此时流过线圈l的电流为i1，流过灯泡a的电流为i2，且i1i2.在t1时刻将s断开，那么流过灯泡a的电流随时间变化的图象是下列图中的哪一个()图8答案d解析开关s闭合时，l与a并联，其电流分别为i1和i2，方向都是从左向右在断开s的瞬间，灯a中原来从左向右的电流i2立即消失，但灯a与线圈l组成闭合回路，由于l的自感作用，其中的电流i1不会立即消失，而是在回路中逐渐减弱，这段时间内灯a中有从右向左的电流通过这时通过a的电流是从i1开始减弱，故正确选项为d.9在如图9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，调整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，正确反映流过l1的电流i1、流过l2的电流i2随时间t变化的图象是()图9答案b解析与滑动变阻器r串联的l2，没有自感，直接变亮，电流变化图象如a中图线，c、d错误与带铁芯的电感线圈串联的l1，由于电感线圈的自感作用，电流逐渐变大，a错误，b正确题组三对自感系数及自感电动势的理解10关于自感现象，下列说法正确的是()a感应电流一定和原电流方向相反b线圈中产生的自感电动势较大时，其自感系数一定较大c对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感系数较大d对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感电动势也较大答案d解析自感现象中感应电动势的方向遵从楞次定律，当原电流减小时，自感电动势和自感电流与原电流方向相同；当原电流增大时，自感电流与原电流方向相反，所以a错误；自感电动势的大小e自l，所以自感电动势大不一定是由自感系数大引起的，有可能是电流的变化率很大引起的，所以b错误；线圈自感系数的大小，由线圈本身决定，与线圈中有无电流以及电流变化的快慢无关，所以c错误；由e自l知，对于同一线圈，自感系数l确定，当电流变化较快时，线圈中产生的自感电动势也较大，所以d正确11(多选)下列说法正确的是()a当线圈中电流不变时，线圈中没有自感电动势b当线圈中电流反向时，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相反