教科版高中物理高二选修学案：第一章电磁感应8自感有答案

1、711学案 8 自感学习目标定位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1 通电导线周围存在磁场，当导线中电流变大时，导线周围各处的磁场都增强，当导线中电流减小时，导 线周围各处的磁场都减弱.2楞次定律：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化.XJ新知呈现1通电自感：如图1 2 3 4 5所示，开关6闭合的时候两个灯泡的发光情况有什么不同?答案 灯泡 A2立即正常发光，灯泡 A1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.(1) 开关断开前后，流过灯泡的电流方向有何关系？(2) 在断开过程中，有时灯泡闪亮一下

2、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 A 中电流向左，S 断开瞬间，灯泡 A 中电流方向向右，所以开关S 断开前后，流一、自感现象2自感：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.3自感电动势：在自感现象中产生的电动势.二、自感系数1.自感电动势的大小：EL=L 号，其中L 是自感系数，简称自感或电感.单位：享利号：H.361 mH=10_ H;1H=H.2自感系数是由线圈本身性质决定的，跟线圈的形状、体积、匝数，以及是否有铁芯等因素有关.三、自感的典型应用 日光灯1.普通的日光灯电路由灯管、镇流器、启动器、导线和开关组成

3、.7 知识链接EL= L 吕，知道自感系数的决定因素 3 了解日光灯结构及工作原理.问题设计2.镇流器是一个有铁芯的自感系数很大的线圈2过灯泡的电流方向相反.(2)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线圈中的电流大要 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的电阻而当线圈电阻大于灯泡 电阻时，灯泡只会延迟一段时间再熄灭.要点提炼自感现象是指当通过线圈的电流发生变化时，在线圈中引起的电磁感应现象.1 当线圈中的电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反； _2当线圈中的电流减小时，自感电动势的方向与原电流方向相同；_3自感电动势总是阻

4、碍线圈中电流的变化，但不能阻止线圈中电流的变化，只是延缓了过程的进行.4断电自感中，若断开开关瞬间，通过灯泡的电流瞬间比断开开关前瞬间大，灯泡会闪亮一下；蚩断开开 关后，通过灯泡的电流比断开开关前瞬间小，灯泡不会闪亮一下是逐渐变暗. _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) 自感电动势的大小决定于哪些因素？(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 自感电动势正比于电流的变化率，即EL=L 号.2.实验表明，线圈横截面积越大 匝数越多，自感系

5、数 L 越大，线圈有铁芯时自感系数比没铁芯时大得 一三、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

6、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.图 432.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.典例精析一、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阻值约等于 Ri 的两倍，则（）LI=I-LB耳4-图 3A. 闭合开关 S 时， LA、LB同时达到最亮，且LB更亮 一止B.

7、闭合开关 S 时， LA、LB均慢慢亮起来，且LA更亮一止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慢慢熄火，LB闪亮后才慢慢熄火解析 由于灯泡 LA与线圈 L 串联，灯泡 LB与电阻 R?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 从线圈中电流开始减小，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.答案 D思路点拨（1）

8、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；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、自感现像的图像问题【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（）匕D-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 2A 逐

9、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.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 5A . Si接通，S2、S3断开，日光灯就能正常发光B.Si、S2接通，S3断开，日光灯就能正常发光C.S3断开，接通 Si、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 Si接通，S2、S3断开时，电源电压 22

10、0 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 Si、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 Si、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课堂要点小结22t) V5自感：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I，公式：EL= L 弓自感现象自感电动势自感系数：与线圈的体积、形

11、状、|匝数及有无铁芯等因素有关构造：灯管、镇流器、启动器日光灯*1-原理：自感现象自我检测区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 阻 值相等下面判断正确的是（2.（自感现象的图像问题）在如图 7 所示的电路中，的电流为 i2,且 ii i2,在 ti时刻将 S 断开，那么流过灯泡 A 的电流随时间变化的图像是图中的（）L检测学习效果炼验咸功快乐A 开关S 接通的瞬间，电流表B 开关S 接通的瞬间，电流表C.开关S 接通，电路稳定后再断开的瞬间，电流表S 接通，电路稳定后再断开的瞬间，电流表答案 BDD 开关的读数大于-的读数”的

12、读数小于-的读数的读数大于-的读数x的读数等于-的读数S 是闭合的，此时流过线圈 L 的电流为 ii，流过灯泡 A图 6图 76答案 D解析 在 0t1时间内流过灯泡的电流为 i2,且方向为从左向右，当断开 S 时，i2立即消失，但由于自感作 用，h 并不立刻消失，而是产生自感电动势，与灯泡构成回路缓慢消失，此时流过灯泡的电流从ii开始逐渐减小，方向为从右向左，故选D.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 中镇流器与灯管断开，无法将瞬时高压

13、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.40分钟课时作业题组一自感现象的分析i 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性质及有无铁芯决定答案 D解析 自感系数是由线圈的大小、形状、圈数、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，电路稳定后小灯泡A 正常发光，当断

14、开开关 S 的瞬间会有（）3.（对日光灯工作原理的理解CD）如图所示，S 为启动器,7A .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.（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 2 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

15、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.4如图 3 所示，两个电阻阻值均为 R,电感线圈 L 的电阻

16、及电池内阻均可忽略不计, 流 Io=E，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2 RS 原来断开，电路中电（ ）图 1图 28A .使电路的电流减小，最后由Io减小到零B 有阻碍电流增大的作用，最后电流小于Io9C.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21。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| =E= 2I0,故 D 正确.R5如图 4 所示的电路中，线圈

17、 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（）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 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，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.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），

18、断开开关 S 时，电A . S 闭合后，A、B 同时发光且亮度不变B . S 闭合后，A 立即发光，然后又逐渐熄灭C. S 断开的瞬间，A、B 同时熄灭D . S 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，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.6.如图 5 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,甲乙10感线圈的自感电动势要阻碍电

19、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.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, 其道理是（）A 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

20、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&在如图 7 所示的电路中，两个相冋的小灯泡Li和 L2分别串联一个带铁芯的电感线圈器 R闭合开关 S 后，调节 R,使 Li和 L2发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均为 t 时刻再闭合 S,则在 t前后的一小段时间内，能正确反映流过Li的电流 ii、流过 1L 和一个滑动变阻I，然后断开 S 若-2的电流 i2随时间 t变化的图像的是（）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 错误与带铁采取了双线绕法，如图 6 所示,芯的电感线圈串联的Li,由于自感，

21、电流逐渐变大,A 错误，B 正确.119如图 8 所示的电路中，电源的电动势为E,内阻为 r，电感 L 的电阻不计，电阻 R 的阻值大于灯泡 D 的阻值，在 t = 0 时刻闭合开关 S,经过一段时间后，在 t = ti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（）12.71DR- X- B图 8SIN -o rFD答案 B解析 在 t= 0 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t = ti时刻断开 S,电感线圈 L 产生自感电动势，与

22、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 变化的图像中正确的是B.10如图 9 所示，电源的电动势为 E= 10 V，内阻不计，L 与 R 的电阻值均为 5Q,两灯泡的电阻值均为 RS=10Q.E 10IL=2R= 10 A =7 8A流过 L1的电流为 ls= =10A = 0.5 A2RS200.57/A*1O-1所以此时 L1两端的电压为 U = ILRS=10 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 t。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()7 求断开 S 的瞬间，灯泡 Li两端的电压；8 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.图 913A .日光灯点燃后，镇流器、启