2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修2 第2章电磁感应第4节自感和互感(2)课件

1、自感和互感一、自感现象1.自感现象:由于线圈本身的电流 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 .其大小跟穿过线圈的磁通量 有关,还跟线圈 有关.3.通电自感和断电自感发生变化感应电动势变化的快慢本身的特性电路现象原因通电自感接通S的瞬间,灯泡L2立即亮起来,灯泡L1 亮起来线圈L中产生自感电动势,阻碍电流的 .较慢地增加断电自感断开S的瞬间,灯泡L1逐渐 ,L2立即 ,L不同时灯泡L1可能闪亮一下,后逐渐变暗线圈L中产生自感电动势,阻碍电流的 .变暗熄灭减小二、自感系数1.定义:描述通电线圈 的物理量,简称为自感或电感.2.影响因素:跟线圈的形状、 、匝数等因素有关.线圈越

2、粗、越长,匝数越多,它的自感系数就 .此外,线圈有铁芯比没有铁芯时自感系数 .3.单位:亨利,简称亨,符号是H,常用的较小单位有毫亨(mH)和微亨(H). 1 H=1 ,1 mH= H.自身特性长短越大大得多Vs/A10-3三、日光灯日光灯主要有灯管、 和启动器组成.1.灯管(1)工作原理:管中两个灯丝间的 时主要发出紫外线, 受其照射时才发出可见光.可见光的颜色由荧光粉的种类决定.(2)电压要求:激发两灯丝之间的气体导电,所需电压比 的电源电压高得多;而灯管正常发光时,所需电压又要 电源电压.2.镇流器的作用(1)日光灯启动时,产生瞬时的 .(2)日光灯正常发光时,对灯管起到 的作用.镇流器

3、气体导电荧光粉220 V低于高电压降压限流3.启动器的构造和作用由电容器、 、静触片构成;启动时将电路瞬时接通后 .动触片断开要点一通电自感和断电自感答案:通电和断电时,通过线圈的电流突然发生变化,导致穿过线圈的磁通量发生变化,因而在线圈中产生感应电动势,该电动势即为自感电动势.【问题导引】1.通电和断电时线圈中为什么会产生自感电动势?答案:通电时,原电流增大,自感电动势的方向与原电流方向相反;断电时,原电流减小,自感电动势方向与原电流方向相同.2.通电和断电时线圈中产生的自感电动势方向如何?【要点透析】1.对电感线圈阻碍作用的理解(1)若电路中的电流变化,电感线圈会产生自感电动势阻碍电流的变

4、化,使得通过电感线圈的电流不能突变.(2)若电路中的电流是稳定的,电感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.2.通电自感和断电自感中灯泡亮度的变化与线圈串联的灯泡与线圈并联的灯泡电路图通电时电流逐渐增大,灯泡逐渐变亮电流突然变大,然后逐渐减小,若RL=0,则灯泡最后不亮断电时电流逐渐减小灯泡逐渐变暗电流方向不变电路中稳态电流为I1、I2若I2I1,灯泡逐渐变暗若I2I1,灯泡闪亮后逐渐变暗两种情况灯泡中电流方向均改变【典例1】 (多选)如图所示,A、B两灯相同,L是带铁芯的电阻可不计的线圈,下列说法中正确的是()A.开关S合上瞬间,A、B两灯同时发光B.S合上稳定后,A

5、、B同时亮着C.S断开瞬间,A、B同时熄灭D.S断开瞬间,B立即熄灭,A灯突然闪亮一下思路探究 (1)电路中电流发生变化时,线圈L起到什么作用?答案:电路中电流发生变化时,线圈L产生自感电动势阻碍流经自身的原电流的变化.(2)电路中电流稳定后,线圈L起到什么作用?答案:电路中电流稳定后,线圈L中没有自感电动势产生,线圈相当于电阻为零的理想导线,将灯泡A短路.解析:开关S合上瞬间,线圈L中的电流增强,产生的自感电动势方向与原电流方向相反,阻碍电流增加,A、B两灯同时发光,选项A正确;开关S合上稳定后,线圈L中的电流不再变化,线圈中没有自感电动势产生,线圈相当于电阻为零的理想导线,将灯泡A短路,电

6、路中电源只给灯B供电,所以A熄灭,B更亮,选项B错误;开关S断开瞬间,电源停止供电,所以B立刻熄灭,而线圈中产生感应电动势,与A构成回路,使得流经A的电流瞬间变大,然后逐渐减小至零,所以A是闪亮一下,再逐渐熄灭,选项C错误、选项D正确.答案:AD题后反思灯泡是否闪亮的判断在断电自感现象中,判断灯泡是否突然变亮的依据是什么?答案:取决于断电前线圈中的电流是否大于灯泡中的电流.针对训练1-1 (多选)如图所示为自感现象演示实验电路.L为一带铁芯的线圈,A1、A2是两个零点在表盘中央的相同的电流表,L的直流电阻与灯D的电阻相同,则()A.S闭合的瞬间,A1的读数大于A2的读数B.S打开的瞬间,A1的

7、读数大于A2的读数C.S打开的瞬间,a点的电势比b点电势高D.S打开的瞬间,a点的电势比b点电势低解析:S闭合的瞬间,电感线圈阻碍电流的增加,导致A1的读数大于A2的读数,选项A正确;由于S打开前A1、A2的示数相同,则S打开的瞬间,A1的读数等于A2的读数,选项B错误;S打开的瞬间,电感线圈产生自感电动势阻碍电流的减小,并与A2、灯泡和A1形成闭合回路,a点的电势比b点电势低,选项C错误、D正确.答案:AD要点二日光灯工作原理答案:(1)两者的工作原理不同:日光灯是灯管内氩和微量水银蒸气导电时发出的紫外线照射到荧光粉上发光.而白炽灯靠金属丝发热而发光. (2)两者消耗电能的功率不同:日光灯的

8、点燃需要瞬时高压,但启动后需在低压下工作,所以日光灯比白炽灯省电.2.日光灯的启动器能否用导线代替?答案:不能,这是因为日光灯启动时需要较高的启动电压,只有先接通后突然断开,才由镇流器提供这种高压,如果用导线连起来,则镇流器就不能提供这种高压,日光灯就不能正常启动.【问题导引】1.日光灯和白炽灯有哪些区别?【要点透析】1.日光灯电路如图所示.2.日光灯的启动(1)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.(2)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

9、离,电路自动断开,镇流器产生很高的自感电动势,方向与原来电压方向相同,形成瞬时高压加在灯管两端,灯管内的惰性气体和汞蒸气电离,使灯管导电而发光.3.日光灯正常工作时镇流器的作用由于交变电流不断通过镇流器的线圈,线圈中产生自感电动势,从而阻碍线圈中电流的变化,镇流器就起着降压限流的作用.【典例2】 如图(甲)所示是日光灯的电路图,启动器的构造如图(乙)所示,为了便于启动,常在启动器的两极并上一纸质电容器C,高二(1)班教室的一盏日光灯总是灯管两端亮而中间不亮,经检查,灯管是好的,电压正常,镇流器无故障,其原因可能是()A.启动器两脚a、b与启动器座接触不良B.电容器C被烧毁而断路C.电容器C被击

10、穿而短路D.镇流器自感系数L太大思路探究 (1)日光灯灯管是好的,电压正常,镇流器无故障,灯管中间却不亮,暗含什么条件?答案:说明日光灯不能被启动,即灯管两端不能产生瞬时高压,启动器不能启动后断开.(2)日光灯总是灯管两端亮暗含什么条件?答案:说明电路是通的,即启动器能通电.解析:日光灯启动器的作用是当电压加到启动器两端时,启动器内的金属片受热膨胀而短路,短路后金属片放热断开,断开时在镇流器上感应出高压加到日光灯两端,使日光灯发光,选项A、B、D都不会影响启动器内的金属片功能,只有“电容器C被击穿而短路”不能使金属片断开.故选项C正确.答案:C 思维总结日光灯启动过程中,镇流器和启动器共同作用

11、;日光灯正常工作时启动器不再起作用,但镇流器须降压限流.针对训练2-1 (多选)下列有关日光灯的使用方法,正确的是()A.日光灯的启动器丢失,作为应急措施,可以用一小段带绝缘外皮的导线人工启动日光灯B.日光灯在冬天使用时,启动较困难,可用热毛巾热敷灯管的中部,使之启动容易些C.日光灯的镇流器损坏了,可用电阻替代D.日光灯在电压较低时,启动较困难,这时可将镇流器暂时短路,使启动变得容易些解析:启动器是起一个自动开关的作用,丢失时可以用带绝缘外皮的导线进行人工启动;气体温度越高越容易电离,而冬天气温较低,启动较困难,可以先预热,使其较容易启动;镇流器的作用是利用自感现象产生高电压击穿气体,故不能用

12、电阻代替镇流器;同理,也不能将镇流器短路.答案:AB 1.(多选)当线圈中电流改变时,线圈中会产生自感电动势,自感电动势方向与原电流方向( )A.总是相反B.总是相同C.电流增大时,两者方向相反D.电流减小时,两者方向相同CD解析:根据楞次定律“增反减同”可知电流增大时,自感电动势方向与原电流方向相反,C对;电流减小时,自感电动势方向与原电流方向相同,D对,A、B错. 2.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

13、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,线圈L与小灯泡组成闭合电路,由于自感,线圈中的电流逐渐变小,使小灯泡中的电流变为反向且与线圈中电流相同,小灯泡未闪亮说明断开S前,流过线圈的电流较小,原因可能是线圈电阻偏大,故选项C正确.3.日光灯中镇流器的作用有( )A.启动器触片接通时,产生瞬时高压B.工作时,降压、限流保证日光灯正常工作C.工作时,使日光灯管的电压稳定在220 VD.工作时,不准电流通过日光灯管B解析:镇流器在启动器触片断开时,产生瞬时高压,选项A错误;在正常工作时,其作用是保证加在灯管两端的电压较小,保证灯管的正常工作,选项B正确,C、D错误.4.(多选)如图所示的电路中,a、b、c为三盏完全相同的灯泡,L是一个自感系数很大、直流电阻为零的自感线圈,E为电源,S为开关.关于三盏灯泡,下列说法正确的是( )A.