高中物理 第1章 电磁感应 6 自感同步备课课件 教科版选修32.ppt

第一章电磁感应 6自感 学习目标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el l 知道自感系数的决定因素 3 了解日光灯结构及工作原理 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 1 一 通电自感现象 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 根据楞次定律结合电路图分析现象产生的原因 现象 灯泡a2立即发光 灯泡a1逐渐亮起来 原因 电路接通时 电流由零开始增加 穿过线圈l的磁通量逐渐增加 为了阻碍磁通量的增加 感应电流产生的磁通量与原来电流产生的磁通量方向相反 则线圈中感应电动势方向与原来的电流方向相反 阻碍了l中电流的增加 即推迟了电流达到实际值的时间 答案 图1 自感及自感电动势的特点 1 自感 当一个线圈中的电流时 它产生的的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势 同样也在激发出感应电动势 这种现象称为自感 由于自感而产生的感应电动势叫做 2 当线圈中的电流增大时 自感电动势的方向与原电流方向 阻碍电流的 但不能阻止电流的变化 变化 变化 它本身 自感电动势 相反 增大 判断下列说法的正误 1 在实际电路中 自感现象有害而无益 2 只要电路中有线圈 自感现象就会存在 3 线圈中的电流越大 自感现象越明显 4 线圈中的电流变化越快 自感现象越明显 二 断电自感现象 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 s闭合时 灯泡a中电流方向向左 s断开瞬间 灯泡a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 1 分别求出b s 图示位置 和b s 线框绕oo 转90 时 穿过闭合导线框架平面的磁通量 图2 答案 2 在断开过程中 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 在电源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原灯泡中的电流大 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电阻 而当线圈电阻大于等于灯泡电阻时 灯泡就会缓慢变暗直至熄灭 图2 对断电自感现象的认识 1 当线圈中的电流减小时 自感电动势的方向与原电流方向 2 断电自感中 若断开开关瞬间通过灯泡的电流断开开关前的电流 灯泡会闪亮一下 若断开开关瞬间通过灯泡的电流断开开关前的电流 灯泡不会闪亮一下 而是逐渐变暗 3 自感电动势总是线圈中电流的变化 但不能线圈中电流的变化 阻止 相同 大于 小于等于 阻碍 判断下列说法的正误 1 自感现象中 感应电流一定与原电流方向相反 2 发生断电自感时 因为断开电源之后电路中还有电流 所以不符合能量守恒定律 3 线圈的电阻很小 对恒定电流的阻碍作用很小 三 自感系数 如图3所示 李辉在断开正在工作的电动机开关时 会产生电火花 这是为什么 答案 电动机中的线圈匝数很多 当电路开关断开时会产生很大的自感电动势 使得开关中的金属片之间产生电火花 图3 自感电动势及自感系数 1 自感电动势 el 其中l是自感系数 简称自感或电感 单位 符号 2 自感系数与线圈的 以及是否有铁芯等因素有关 h 享利 大小 形状 圈数 判断下列说法的正误 1 线圈中电流变化越快 自感系数越大 2 线圈的自感系数越大 自感电动势就一定越大 3 一个线圈中的电流均匀增大 自感电动势也均匀增大 4 线圈自感系数由线圈本身性质及有无铁芯决定 四 日光灯 如图4所示为日光灯的构造 请说明启动器和镇流器的作用 答案 图4 启动器的作用 当开关闭合时 电源电压全部加在启动器的两极之间 使启动器玻璃泡中的氖气放电发出辉光 辉光的热量使动触片变形与静触片接触 把电路接通 氖气放电停止 很快动触片降温形变恢复与静触片分离 电路断开 即启动器可以自动完成通电 断电的动作 镇流器 当动 静触片脱离时 电路突然断开 镇流器中的电流急剧减小 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 日光灯点亮后的工作电压需低于220v 此时镇流器又起到降压限流的作用 1 灯管 在高压激发下 两灯丝间的气体 发出紫外线 涂在管壁上的荧光粉在照射下发出可见光 2 启动器 在开关闭合后 氖气放电发出辉光 辉光热量使动触片 与静触片 之后 辉光放电消失 动触片降温恢复原状与静触片 电路 3 镇流器 启动时产生使灯管发光 正常发光时 起着的作用 降压限流 导电 紫外线 膨胀变形 接触 分离 断开 瞬时高电压 判断下列说法的正误 1 没有启动器 在安启动器的位置可以用一根导线 通过瞬时接通 断开的分工 使日光灯点亮 2 日光灯点亮后 启动器就没有作用了 3 在日光灯正常工作中 镇流器只会消耗电能 没有作用 4 日光灯正常工作的电压高于220v 2 题型探究 一 自感现象的分析 例1如图5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 图5 答案 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 自感线圈对电流的变化有阻碍作用 具体表现为 1 通电瞬间自感线圈处相当于断路 2 断电时 自感线圈相当于电源 其电流由原值逐渐减小 不会发生突变 必须有闭合回路 3 电流稳定时自感线圈相当于导体 若其直流电阻忽略不计 则相当于导线 针对训练 多选 如图6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 答案 解析 图6 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 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的瞬间电流 c错误 d正确 二 自感现象的图像问题 例2如图7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变化关系的图像是 答案 解析 图7 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泡d的电流方向相反 d对 1 断电时 自感线圈处电流由原值逐渐减小 不能发生突变 而且电流方向也不变 2 断电前后 无线圈的支路要注意电流方向是否变化 三 对日光灯工作原理的理解 例3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 图8 答案 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 电路接通后 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型动触片冷却收缩 两个触片分离 b正确 灯丝受热时发射出来的大量电子 在灯管两端高电压作用下 以极大的速度由低电势端向高电势端运动 在加速运动的过程中 碰撞管内氖气分子 使之迅速电离 在紫外线的激发下 管壁上的荧光粉发出近乎白色的可见光 故c d错误 故选b 达标检测 3 1 关于自感现象 下列说法正确的是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 答案 解析 1 2 3 4 当电流增大时 感应电流的方向与原来的电流方向相反 当电流减小时 感应电流的方向与原来的电流方向相同 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 d正确 自感系数只取决于线圈本身的因素及有无铁芯 与电流变化情况无关 故选项c错误 1 2 3 4 2 在如图9所示的电路中 l为电阻很小的线圈 g1和g2为零刻度在表盘中央的两相同的电流表 当开关s闭合时 电流表g1 g2的指针都偏向右方 那么当断开开关s时 将出现的现象是a g1和g2指针都立即回到零点b g1指针立即回到零点 而g2指针缓慢地回到零点c g1指针缓慢地回到零点 而g2指针先立即偏向左方 然后缓慢地回到零点d g2指针缓慢地回到零点 而g1指针先立即偏向左方 然后缓慢地回到零点 图9 答案 解析 1 2 3 4 根据题意 电流方向自右向左时 电流表指针向右偏 那么 电流方向自左向右时 电流表指针应向左偏 当开关s断开的瞬间 g1中原电流立即消失 而对于g2所在支路 由于线圈l的自感作用 阻碍电流不能立即消失 自感电流沿l g2 g1的方向 在由它们组成的闭合回路中继续维持一段时间 即g2中的电流按原方向自右向左逐渐减为零 此时g1中的电流和原电流方向相反 变为自左向右 且与g2中的电流同时缓慢减为零 故选项d正确 1 2 3 4 3 在如图10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