2019_2020学年高中物理第2章楞次定律和自感现象第2节自感学案鲁科版.docx

第2节自感1.了解自感现象2.知道自感现象产生的原因3.了解影响自感电动势大小的因素，认识自感电动势的作用4.知道自感系数的决定因素是自感线圈的自身结构,学生用书P22)一、自感现象和自感电动势1自感现象：由导体自身的电流变化所产生的电磁感应现象2自感电动势(1)定义：由导体自身电流变化所产生的感应电动势(2)特点：总是阻碍导体中原电流的变化(3)方向：当线圈中电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反；当线圈中电流减小时，自感电动势的方向与原电流方向相同如图所示，无轨电车在行驶过程中，由于车身颠簸，使车顶上的集电弓瞬间脱离电网线，这时可以观察到有电火花闪现你知道产生电火花的原因吗？提示：集电弓脱离电网线的瞬间电流减小，所以产生的自感电动势很大，在集电弓与电网线的空隙产生电火花二、自感系数1自感电动势的大小：EL，其中L是自感系数，简称自感或电感2自感系数的物理意义：表征线圈能产生自感电动势本领大小的物理量数值上等于通过线圈的电流在1 s内改变1 A，产生的自感电动势的大小3决定自感系数L大小的因素：线圈的自感系数与线圈的形状、横截面积、长短、匝数等因素有关线圈的横截面积越大，匝数越多、越密，线圈越长，它的自感系数就越大将铁芯插入线圈，也会使线圈的自感系数大大增加4单位：自感系数的单位是亨利，简称亨，符号是H常用的较小单位还有毫亨(mH)和微亨(H).1 mH103H，1 H106H.(1)线圈中电流变化得越快，线圈的自感系数越大()(2)不管电流如何变化，线圈的自感系数不变()(3)线圈的自感系数与电流的大小、电流变化的快慢、是否有铁芯等都无关()提示：(1)(2)(3)自感电动势学生用书P231自感电动势的作用：阻碍原电流的变化阻碍不是阻止，原电流仍在变化，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，这就是电的“惯性”2自感电动势的方向：总是阻碍引起自感电动势的原电流的变化，有“增反减同”的特点(1)当原电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反；(2)当原电流减小时，自感电动势的方向与原电流方向相同3自感电动势的大小：由电流变化的快慢(即电流的变化率)和线圈的自身结构(自感系数)共同决定，即EL. 命题视角1自感现象的理解下列关于自感现象的论述中，正确的是()A线圈的自感系数跟线圈内电流的变化率成正比B当线圈中电流减弱时，自感电流的方向与原电流方向相反C当线圈中电流增大时，自感电流的方向与原电流方向相反D穿过线圈的磁通量的变化和线圈中电流的变化无关解析线圈的自感系数由线圈自身的性质决定，与是否有电流及电流的变化率无关，A错自感电流的方向总是阻碍原电流的变化，当原电流减弱时，自感电流与其同向，B错当线圈中电流增大时，自感电流的方向与原电流方向相反，起阻碍原电流变化的作用，C对线圈中电流的变化导致穿过线圈的磁通量发生变化，D错答案C 命题视角2自感电动势和自感系数的理解关于线圈的自感系数、自感电动势，下列说法中正确的是()A线圈中电流变化越大，线圈自感系数越大B对于某一线圈，自感电动势正比于电流的变化量C一个线圈的电流均匀增大，这个线圈的自感系数、自感电动势都不变D自感电动势总与原电流方向相反解析线圈的自感系数由线圈本身的因素(如长度、面积、匝数等)决定E自，而不是E自I，C对，A、B错线圈中电流减小时自感电动势方向与原电流方向相同，电流增大时，自感电动势方向与原电流方向相反，D错答案C(1)判断自感电动势的思路：根据原电流(I原的方向及其变化情况)确定感应电流I感的方向判断自感电动势的方向(2)像理解楞次定律一样，自感电动势的阻碍作用不等于阻止，它只是延缓了电流变化过程的进行，但并不能使变化过程停止，更不能使过程反向，这就是电的“惯性” 如图所示，输入端ab的输入电压既有直流成分，又有交流成分，以下说法中正确的是(L的直流电阻与R相同)()A直流成分只能从L通过B交流成分只能从R通过C通过R的既有直流成分又有交流成分D通过L的交流成分比通过R的交流成分必定要多解析：选C.线圈具有通直流阻交流的作用，L的直流电阻与R相同，对交流的阻碍作用要大于电阻R，多数交流成分通过R，故选C.通电自感与断电自感的分析学生用书P231通电自感与断电自感的对比通电自感断电自感电路图器材要求L1、L2同规格，RRL，L较大L很大(有铁芯)，RLRLA现象在S闭合瞬间，L2灯立即亮起来，L1灯逐渐变亮，最终一样亮在开关S断开瞬间，LA灯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LA灯马上熄灭)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L1灯的电流比流过L2灯的电流增加得慢断开开关S时，流过线圈L的电流减小，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的电流反向通过灯LA，且由于RLRLA，使得流过灯LA的电流在开关断开瞬间突然增大，从而使灯LA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2.断电自感中灯泡“闪”与“不闪”的问题如图所示，断电自感中灯泡中的电流是突然变大还是变小(也就是说灯泡是否突然变得更亮一下)，就取决于I2与I1谁大谁小，也就是取决于R和r谁大谁小的问题(1)如果Rr，就有I1I2，灯泡会先更亮一下才熄灭(2)如果Rr，灯泡会由原亮度渐渐熄灭(3)如果Rr，灯泡会先立即暗一些，然后渐渐熄灭 命题视角1通电自感分析(多选)如图所示，电池的电动势为E，内阻不计，线圈自感系数较大，直流电阻不计当开关S闭合后，下列说法正确的是()Aa、b间电压逐渐增加，最后等于EBb、c间电压逐渐增加，最后等于ECa、c间电压逐渐增加，最后等于ED电路中电流逐渐增加，最后等于解题探究 (1)当流过线圈的电流增大时，线圈中会出现什么现象？(2)流过线圈的电流稳定后线圈还有阻碍作用吗？解析由于线圈自感系数较大，当开关闭合瞬间，a、b间近似断路，所以a、b间电压很大，随着电流的增加，a、b间电压减小，b、c间电压增大，最后稳定后，a、b间电压为零，b、c间电压等于E，电流大小为I，选项B、D对，A、C错答案BD 命题视角2断电自感分析(多选)如图所示，电路甲、乙中电阻R和自感线圈L的电阻都很小，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()A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，然后渐渐变暗解题探究 (1)甲 、乙两图中连接方式有何不同？(2)开关断开时线圈起的作用是什么？解析在电路甲中，设通过线圈L的电流为IL1，通过A及R的电流分别为IA1和IR1.同理，设电路乙中通过L、A、R的电流分别为IL2、IA2、IR2.当断开开关S时，线圈L相当于电源，产生了自感电动势，在L、R、A回路中产生自感电流在电路甲中，自感电流从IL1逐渐减小，通过灯泡A的电流也从IL1逐渐减小，灯泡A将渐渐变暗；在电路乙中，自感电流从IL2逐渐减小，灯泡A的电流也从IL2逐渐减小，因为IL2IA2，所以灯泡A先变得更亮，然后渐渐变暗故选项A、D正确答案AD 命题视角3自感中的图象问题图中L是绕在铁芯上的线圈，它与电阻R、R0及开关和电池E构成闭合回路开关S1和S2开始都处于断开状态设在t0时刻，闭合开关S1，经过一段时间，在tt1时刻，再闭合开关S2，则能较准确表示电阻R两端的电势差Uab随时间t变化的图线是()解析闭合开关S1，线圈产生的自感电动势阻碍电流的变大，Uab逐渐变大；电流达到稳定后，再闭合开关S2，由于线圈的作用，原有电流慢慢变小，Uab也从原来的数值慢慢减小，A项正确答案A分析自感现象时要抓住两点：一是线圈在电路中的位置、结构；二是电路中原有电流的变化规律，如电流方向、大小变化的情况等在处理通、断电时的灯泡亮度变化问题时，要具体问题具体分析，关键要搞清楚电路连接情况 【通关练习】1.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()A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解析：选C.在断电自感现象中，断电时线圈与小灯泡构成回路，线圈中储存的磁场能转化为电能，线圈相当于电源，自感电动势E自L，与原电源无关，选项A错误；如果小灯泡电阻偏大，则闭合开关S时通过线圈的电流较大，断开开关S时可看到显著的延时熄灭现象和小灯泡闪亮现象，选项B错误；如果线圈电阻偏大，则通过线圈的电流较小，断电时只看到小灯泡不显著的延时熄灭现象，而不会出现闪亮现象，选项C正确；如果线圈的自感系数较大，则自感电动势较大，能看到显著的延时熄灭现象和小灯泡闪亮现象，选项D错误2.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，线圈的直流电阻值RL与灯泡的电阻值R满足RLR，则在开关S由闭合到断开的瞬间，可以观察到()A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RLR时，才会看到灯泡有明显的闪亮现象解析：选C.S闭合，电路稳定时，由于RLR，那么ILIR，S断开的瞬间，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，故灯泡有明显的闪亮，C正确，A、B错误若RLR，则ILIR，这样不会有明显的闪亮，D错随堂检测 学生用书P251下列关于自感现象的说法不正确的是()A自感现象是由导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象B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同C同一线圈中自感电动势的大小与流过线圈的电流变化的快慢有关D加铁芯后线圈的自感系数比没有加铁芯时要大解析：选B.自感现象是导体本身电流变化使得穿过线圈的磁通量变化而产生的电磁感应现象，自感电动势与自感系数及通过线圈的电流变化快慢有关，故A、C正确；自感电动势阻碍原电流的变化，并不一定与原电流同向，B错误；自感系数跟线圈的横截面积、长短、匝数以及是否有铁芯等因素有关，加入铁芯后自感系数变大，故选项D正确2(多选)当线圈中电流改变时，线圈中会产生自感电动势，则下列说法正确的是()A自感电动势的方向总是与线圈中的电流方向相反B当电流增大时，自感电动势的方向与线圈的电流方向相反C自感电动势阻止线圈中电流的变化，使电流保持不变D自感电动势阻碍线圈中电流的变化，但电流最终还是要变化解析：选BD.电流减小时，自感电动势方向与原电流方向相同，电流增大时，自感电动势方向与原电流方向相反，选项A错误，选项B正确；自感电动势阻碍原电流的变化，但不能阻止其变化，选项C错误，选项D正确3关于线圈的自感系数，下列说法中正确的是()A线圈中电流变化量越大，线圈的自感系数越大B线圈中电流变化越快，线圈的自感系数越大C若线圈中通入恒定电流，线圈的自感系数为零D不管电流如何变化，线圈的自感系数不变解析：选D.线圈的自感系数是由线圈本身的因素决定的，与线圈是否通电以及所通电流的变化情况无关4如图所示，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R1两倍大，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断开关S时，LA慢慢熄灭，LB闪亮后才慢慢熄灭解析：选D.闭合开关S时，LB与电阻串联，立即亮而LA与线圈串联，电流只能缓慢增加故慢慢亮起来，A、B错断开开关S时，线圈与两个电阻和两个灯泡构成闭合回路，电流只能缓慢减小，由于开始时通过LB的电流小，故LA慢慢熄灭，LB闪亮后才慢慢熄灭，D对、C错5.如图所示的电路，开关原先闭合，电路处于稳定状态，在某一时刻突然断开开关S，则通过电阻R1的电流I随时间变化的图线可能是选项图中的()解析：选D.开关S原先闭合时，电路处于稳定状态，流过R1的电流方向向左，大小为I1，与R1并联的R2和线圈L支路的电流I2的方向也是向左当某一时刻开关S突然断开时，L中向左的电流要减小，由于自感现象，线圈L产生自感电动势，在回路“LR1AR2”中形成感应电流，电流通过R1的方向与原来相反变为向右，并从I2开始逐渐减小到零，故选项D正确课时作业 学生用书P82(单独成册)一、单项选择题1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是与原电流方向相反D自感电动势的方向总是与原电流方向相同解析：选A.根据自感的定义，A正确，B错误；选项C、D把阻碍电流变化理解错了，其实自感电动势与原电流方向可以相同，也可以相反根据阻碍含义，若原电流增大，自感电动势就阻碍增大，与原电流方向相反；若原电流减小，自感电动势就阻碍减小，与原电流方向相同，故C、D错误2关于线圈中自感电动势的大小，下列说法中正确的是()A电感一定时，电流变化越大，电动势越大B电感一定时，电流变化越快，电动势越大C通过线圈的电流为零的瞬间，电动势为零D通过线圈的电流为最大值的瞬间，电动势最大解析：选B.自感电动势的大小取决于穿过线圈的磁通量的变化快慢，而穿过线圈的磁通量取决于线圈的电流产生的磁场，电流变化越快，穿过线圈的磁通量的变化越快，自感电动势越大，故只有选项B正确3.如图所示，L为自感系数较大的线圈，电路稳定后小灯泡A正常发光，在断开开关S的瞬间()A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解析：选A.断开开关S，电路断路，线圈中虽然产生自感电动势，但不能形成自感电流，故灯A立即熄灭，故选A.4.如图所示的电路中，P、Q两灯泡相同，L的直流电阻不计，则下列说法正确的是()AS断开瞬间，P立即熄灭，Q过一会才熄灭BS接通瞬间，P、Q同时正常发光CS断开瞬间，通过P的电流从右向左DS断开瞬间，通过Q的电流与原来电流方向相反解析：选C.S接通瞬间，L中电流从0开始增大，于是产生自感电动势，阻碍电流的增大，因此Q不会立即正常发光，较P要晚些，选项B错误；S断开瞬间，因L的自感作用，通过P、Q形成的回路的电流逐渐减小为0，且通过P的电流从右向左，因此，P、Q两只灯泡会一起渐渐熄灭，选项AD错误，选项C正确5如图所示的电路中，S闭合且稳定后，流过电感线圈L的电流是2 A，流过灯泡D的电流是1 A将S突然断开，则S断开前后，能正确反映流过灯泡的电流I随时间t变化关系的是图中的()解析：选D.开关S突然断开，线圈L中磁通量突然减小，线圈L产生自感电动势E，自感电动势E的方向应与原电流的方向相同，此时线圈相当于电源，与灯泡组成闭合电路所以通过灯泡的电流就由原来的大小为1 A、方向向右突然变为大小为2 A、方向向左，即电流的大小和方向发生了突变因为自感电动势E不断减小，故回路中的电流不断减小，最终变为零故D正确6.如图所示，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时，则将看到()A灯泡变暗B灯泡变亮C螺线管缩短 D螺线管长度不变解析：选A.软铁棒迅速插入的过程中，穿过螺线管的磁通量增加，螺线管产生电磁感应现象根据楞次定律可知，感应电流的磁场将阻碍磁通量的增加，产生的感应电动势与原电动势方向相反，所以，电路中的总电动势减小，造成电流减小，故有灯泡变暗和螺线管伸长的现象发生选项A正确7.如图所示，L是电阻不计的自感线圈，C是电容器，E为电源，在开关S闭合和断开时，关于电容器的带电情况，下列说法中正确的是()AS闭合瞬间，A板带正电，B板带负电BS保持闭合，A板带正电，B板带负电CS断开瞬间，A板带正电，B板带负电D由于线圈L的电阻不计，电容器被短路，上述三种情况下电容器均不带电解析：选A.当S闭合瞬间，L内电流增大，产生的自感电动势的方向是由下向上，使电容器充电，A板带正电，B板带负电，选项A正确；当S保持闭合时，L的电阻为零，电容器两极板被短路，不带电，选项B、D错误；当S断开瞬间，L内的电流减小，自感电动势的方向由上向下，在L、C组成的回路中给电容器充电，使B板带正电，A板带负电，选项C错误8.如图所示，E、r分别为电源的电动势、内阻，R1、R2为定值电阻，线圈L的直流电阻不计，C为电容器下列说法正确的是()A合上开关S的瞬间，R1中无电流B合上开关S稳定后，R2中无电流C合上开关S稳定后，断开S的瞬间，R1中电流方向向右D合上开关S稳定后，断开S的瞬间，R2中电流方向向右解析：选D.合上开关S的瞬间，线圈L的自感作用会阻碍电流的增大，此时它就相当于一个电阻，所以R1中有电流，选项A错误；合上开关S稳定后，电容器相当于断路，所以R2中有电流，选项B错误；合上开关S稳定后，断开S的瞬间，线圈L产生自感电动势，并与电阻R1组成闭合回路，流过线圈的电流方向不变，所以流过R1的电流方向向左，选项C错误；合上开关S瞬间，电容器被充电，并且左极板带正电，当合上开关S稳定后，断开S的瞬间，电容器开始放电，所以R2中电流方向向右，选项D正确二、多项选择题9下列关于线圈自感系数的说法中，正确的是()A自感电动势越大，自感系数也越大B把线圈中的铁芯抽出，自感系数减小C把线圈匝数增加一些，自感系数变大D线圈中电流变化越快，自感系数越大解析：选BC.自感系数的大小是由线圈的匝数、材料、粗细、有无铁芯等因素决定的，与电流变化快慢、自感电动势大小无关匝数越多，自感系数越大；有铁芯时，自感系数显著增大故选项A、D错误，选项B、C正确10.如图所示，LA、LB是完全相同的两个小灯泡，L为自感系数很大、电阻可以忽略的带铁芯