2019-2020学年高中物理 第1章 电磁感应 第6节 自感现象及其应用课件 粤教版选修3-2

第六节自感现象及其应用 1 2019 淡水名校期末 一架直升机停在南半球的地磁极上空 该处地磁场的方向竖直向上 磁感应强度为b 直升机螺旋桨叶片的长度为l 螺旋桨转动的频率为f 顺着地磁场的方向看螺旋桨 螺旋桨按顺时针方向转动 螺旋桨叶片的近轴端为a 远轴端为b 如图所示 如果忽略a到转轴中心线的距离 用 表示每个叶片中的感应电动势 则 课前 自主学习 a fl2b 且a点电势低于b点电势b 2 fl2b 且a点电势低于b点电势c fl2b 且a点电势高于b点电势d 2 fl2b 且a点电势高于b点电势 答案 a 2 多选 2019 玉溪校级联考 全自动洗衣机中的排水阀是由程序控制器控制其动作的 当进行排水和脱水工序时 控制铁芯1的线圈通电 使铁芯2运动 从而牵引排水阀的阀门 排除污水 如图所示 以下说法中正确的是 a 若输入的控制电流由a流入 由b流出 则铁芯2中a端为n极 b端为s极b 若输入的控制电流由a流入 由b流出 则铁芯2中a端为s极 b端为n极c 若a b处输入交变电流 铁芯2不能被吸入线圈中d 若a b处输入交变电流 铁芯2仍能被吸入线圈中 答案 ad 解析 若输入的控制电流由a流入 由b流出 则根据右手螺旋定则可知 铁芯1左端是n极 右端是s极 那么铁芯2中a端为n极 b端为s极 故a正确 b错误 若a b处输入的是交变电流 铁芯2仍能被吸入线圈 因为铁芯仍能被磁化 且磁化后的磁性总是与线圈要发生相吸的作用 但与恒定电流产生的磁场相比 交变磁场强弱有变化 当磁性减弱的时刻弹簧会将铁芯2拉离线圈 因而会有振动而产生噪声 故c错误 d正确 3 如图所示 光滑水平面上停着一辆小车 小车上固定着一闭合线圈 今有一条形磁铁自左向右平动穿过线圈 在磁铁穿过线圈过程中不受线圈以外的水平力作用 则 a 线圈先受到向右的力 后受到向左的力b 线圈先受到向左的力 后受到向右的力c 小车获得向右的速度d 小车与磁铁组成的系统机械能守恒 答案 c 解析 由楞次定律 磁铁从左侧进入线圈时 线圈阻碍磁通量增大 是排斥力 故线圈受到向右的力 磁铁从线圈内部离开向右运动时 线圈阻碍磁通量减小 是吸引力 故线圈同样受到向右的力 c正确 由于存在内阻和电磁能 d错误 一 自感现象1 自感 由于线圈本身的 而产生的电磁感应现象 2 自感电动势 由于自感现象而产生的电动势 3 自感电动势对电流的作用 电流增加时 感应电动势阻碍 电流减小时 感应电动势阻碍 电流发生变化 电流的增加 电流的减小 4 实验与探究 逐渐变亮 阻碍 逐渐变暗 阻碍 二 自感系数1 物理意义 描述 的物理量 简称 或 2 影响因素 线圈的 线圈越粗 越长 匝数越多 其自感系数就 有铁芯时线圈的自感系数比没铁芯时 3 单位 亨利 简称亨 符号是h 常用的较小单位有 和 如何增大线圈的自感电动势 一是增大自感系数 可增大线圈的匝数 线圈的面积 插入铁芯 二是使电流变化加快 线圈本身特性 自感 电感 形状 长短 匝数 有无铁芯 越大 大得多 mh h 三 日光灯1 主要组成 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 灯管 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 烧掉触点 在日光灯中镇流器的作用是什么 用到了什么知识 答案 在日光灯启动过程中镇流器起产生高压的作用 在日光灯工作过程中镇流器起稳压限流作用 利用的是自感现象的原理 1 对自感电动势的进一步理解 1 自感电动势产生的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 因而在原线圈中产生感应电动势 2 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 课堂 优化整合 进一步理解自感电动势分析自感现象 3 自感电动势的方向当原电流增大时 自感电动势方向与原电流方向相反 电流减小时 自感电动势方向与原电流方向相同 2 自感现象的分析思路 1 明确通过自感线圈的电流怎样变化 是增大还是减小 2 判断自感电动势方向 电流增强时 如通电 自感电动势方向与原电流方向相反 电流减小时 如断电 自感电动势方向与原电流方向相同 3 分析电流变化情况 电流增强时 如通电 自感电动势方向与原电流方向相反 阻碍增加 电流逐渐增大 电流减小时 如断电 由于自感电动势方向与原电流方向相同 阻碍减小 线圈中电流方向不变 电流逐渐减小 特别提醒 自感电动势阻碍原电流的变化 而不是阻止 电流仍在变化 只是使原电流的变化时间变长 例1 a 使电路的电流减小 最后由i0减到零b 有阻碍电流增大的作用 最后电流小于i0 c 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 但电流还是增大 最后变为2i0 答案 d 题后反思对于自感现象的分析注意 1 两个稳定状态的电流 2 明确线圈l在电路稳定和电流变化时的作用 3 区别 阻碍 和 阻止 1 多选 2016 泰州一模 如图所示的电路中 电源电动势为e 内阻r不能忽略 r1和r2是两个定值电阻 l是一个自感系数较大的线圈 开关s原来是断开的 从闭合开关s到电路中电流达到稳定为止的时间内 通过r1的电流i1和通过r2的电流i2的变化情况是 a i1开始较大而后逐渐变小b i1开始很小而后逐渐变大c i2开始很小而后逐渐变大d i2开始较大而后逐渐变小 答案 ac 解析 开关s闭合瞬间 l相当于断路 通过r1的电流i1较大 通过r2的电流i2较小 当稳定后l的自感作用减弱 通过r1的电流i1变小 通过r2的电流i2变大 故a c正确 b d错误 在处理通断电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 特别提醒 线圈对变化电流的阻碍作用与对稳定电流的阻碍作用是不同的 对变化电流的阻碍作用是由自感现象引起的 它决定了要达到稳定值所需的时间 对稳定电流的阻碍作用是由绕制线圈的导线的电阻引起的 决定了电流所能达到的稳定值 如图所示 当开关s断开时 电路中会产生自感现象 称为断电自感 回答下面几个问题 1 电源断开时 通过线圈l的电流减小 这时会出现感应电动势 感应电动势的作用是使线圈l中的电流减小得更快些还是更慢些 例2 2 产生感应电动势的线圈可以看作一个电源 它能向外供电 由于开关已经断开 线圈提供的感应电流将沿什么途径流动 3 开关断开后 通过灯泡的感应电流与原来通过它的电流方向是否一致 4 开关断开后 通过灯泡的感应电流是否有可能比原来的电流更大 为了使实验的效果更明显 对线圈l应该有什么要求 解析 1 开关断开后 感应电动势使线圈l中电流il减小得更慢些 2 开关断开后 感应电流将沿线圈l向右流动 经灯泡a后流到线圈的左端 即线圈l和灯泡a构成闭合电路 回路中电流沿逆时针方向 3 开关断开后 通过灯泡a的感应电流与原电流方向相反 4 有可能 原来电路闭合处于稳定状态 l与a并联 其电流分别为il和ia 方向都是从左向右 在断开s的瞬时 灯a中原来的从左向右的电流ia立即消失 但是灯a与线圈l组成一闭合电路 由于l的自感作用 其中的电流il不会立即消失 而是在回路中逐渐减弱维持短暂的时间 这个时间内灯a中有从右向左的电流通过 这时通过a的电流从il开始减弱 如果rl 线圈l的直流电阻 ia 则在灯a熄灭之前要闪亮一下 如果rl ra 原来的电流il ia 则灯a是逐渐熄灭不会闪亮一下 答案 见解析 题后反思解决通电自感 断电自感时注意 1 所谓纯电感线圈 当电流变化时产生感应电动势阻碍电流变化 电流稳定时相当于一根理想导线 有电阻的线圈相当于一个电阻 2 电键闭合时线圈自感电动势与原电源反接 若自感系数足够大 瞬间可以认为断路 随即变缓直至消失 3 电键断开时 原电源不提供电流 若线圈形成回路 则自感电动势会通过回路形成电流 如若判定灯泡是否闪亮一下这类情况的关键是判定电键闭合前后通过灯泡的电流的大小变化 2 2019 福州校级月考 如图甲 乙所示的电路中 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 接通s 使电路达到稳定 灯泡a发光 则 a 在电路甲中 断开s后 a将立即变暗b 在电路甲中 断开s后 a将先变得更亮 然后才逐渐变暗c 在电路乙中 闭合s后 a将逐渐变亮d 在电路乙中 断开s后 a将先变得更亮 然后才逐渐变暗 答案 d 解析 在电路甲中 断开s 由于线圈阻碍电流变小 导致a将逐渐变暗 因通过线圈l的电流小于电阻r 则不会出现闪亮现象 故a b错误 在电路乙中 闭合s后 a与电阻r串联接入电源 则其将立即变亮 故c错误 在电路乙中 由于电阻r和自感线圈l的电阻值都很小 所以通过灯泡的电流比线圈的电流小 断开s时 由于线圈阻碍电流变小 导致a中电流变大 变得更亮 然后逐渐变暗 d正确 1 构造日光灯的电路如下图所示 由日光灯管 镇流器 开关等组成 2 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 辉光产生的热量使u形动触片膨胀伸长 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 日光灯正常工作时镇流器的作用由于日光灯使用的是交流电源 电流的大小和方向做周期性变化 当交流电的大小增大时 镇流器上的自感电动势阻碍原电流增大 自感电动势与原电压反向 当交流电减小时 镇流器上的自感电动势阻碍原电流的减小 自感电动势与原电压同向 可见镇流器的自感电动势总是阻碍电流的变化 镇流器起降压 限流的作用 如下图是日光灯的结构示意图 若按图示的电路连接 关于日光灯的发光情况 下列叙述中正确的是 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 例3 c s3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220v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 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 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 题后反思要弄清楚日光灯的工作原理 搞清楚日光灯在预热 启动 正常工作三个不同阶段的电流通路及相关部件的作用 3 多选 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 可以将启动器去掉d 日光灯点亮后 使镇流器短路 日光灯仍能正常发光 并能降低对电能的消耗 答案 bc 解析 日光灯工作时都要经过预热 启动和正常工作三个不同的阶段 它们的工作电流通路如图所示 在启动阶段镇流器与启动器配合产生瞬间高压 工作后 电流由镇流器经灯管 不再流过启动器 故日光灯启动后启动器不再工作 而镇流器还要起降压限流作用 不能去掉 故选bc 自感现象是电磁感应现象的一个特例 它仍遵循电磁感应定律 分析自感现象 除弄清这一点之外 还必须抓住以下三点 1 自感电动势总是阻碍电路中原来电流的变化 当原来电流增大时 自感电动势的方向与原来电流方向相反 当原来电流减小时 自感电动势的方向与原来电流方向相同 自感现象中的图象问题 2 阻碍 不是 阻止 阻碍 电流变化的实质是使电流不发生 突变 使其变化过程有所延缓 用it图象可以表示出电流的变化过程 3 当电路接通瞬间 自感线圈相当于断路 当电路稳定时 相当于电阻 如果线圈没有电阻 相当于导线 短路 当电路断开瞬间 自感线圈相当于电源 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2a 流过灯泡的电流是1a 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 例4 ab cd 解析 开关s断开前 通过灯泡d的电流是稳定的 其值为1a 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2a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2a逐渐减小到零 但是方向与原来通过灯