《2019_2020学年高中物理第一章电磁感应第六节自感现象及其应用学案粤教版选修3_2.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019_2020学年高中物理第一章电磁感应第六节自感现象及其应用学案粤教版选修3_2.pdf（18页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第六节 自感现象及其应用第六节 自感现象及其应用 学科素养与目标要求 物理观念：1.了解自感现象和自感电动势.2.了解并知道自感系数的决定因素 科学探究 ： 1.通过观察通电自感和断电自感时灯泡亮度的变化，认识自感现象.2.通过实验对 比观察，认识自感系数的决定因素 科学思维：了解日光灯的工作原理利用自感知识分析镇流器的工作机制 一、自感现象 1定义：由于线圈本身的电流发生变化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感应电动势 3通电自感和断电自感 电路现象自感电动势的作用 通电 自感 接通电源的瞬间， 灯泡 L2 立刻正常发光， 灯泡 L1较 慢地亮起来 阻碍电流的增加 断电
2、自感 断开开关的瞬间， 灯泡 L1 逐渐变暗， 灯泡 L2立刻熄 灭 有时灯泡 L1会先闪亮 一下，然后逐渐熄灭 阻碍电流的减小 4.自感系数 (1)自感电动势的大小 ： 自感电动势的大小跟穿过线圈的磁通量变化的快慢有关，还跟线圈本 身的特性有关 (2)自感系数 定义：描述通电线圈自身特性的物理量线圈的自感系数简称自感或电感，单位：亨利， 符号：H. 决定线圈自感系数大小的因素：线圈的长短、形状、匝数以及是否有铁芯等 二、日光灯 1主要组成：灯管、镇流器和启动器 2灯管 (1)工作原理 ： 管中气体导电时发出紫外线，荧光粉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
3、点：灯管两端的电压达到一定值时，气体才能导电；而要在灯管中维持一定 大小的电流，所需的电压却低得多 3镇流器的作用：日光灯启动时，提供瞬时高压；日光灯启动后，降压限流 4启动器 (1)启动器的作用：自动开关 (2)启动器内电容器的作用：减小动、静触片断开时产生的火花，避免烧坏触点 1判断下列说法的正误 (1)自感现象中，感应电流方向一定和原电流方向相反( ) (2)线圈中的自感系数越大，产生的自感电动势越大( ) (3)对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感电动势较大( ) (4)日光灯使用的是稳恒电流( ) (5)日光灯正常发光后，启动器就不起什么作用了( ) (6)镇流器只起升压作用
4、( ) 2如图 1 所示，电路中电源内阻不能忽略，L的自感系数很大，其直流电阻忽略不计，A、B 为两个完全相同的灯泡， 当 S 闭合时， A 灯_变亮， B 灯_变亮 当 S 断开时， A 灯_熄灭，B 灯_熄灭(选填“立即”或“缓慢”) 图 1 答案 缓慢 立即 缓慢 缓慢 一、对自感现象的理解 1自感电动势的理解 (1)产生原因 ： 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，因而在原线圈上 产生感应电动势 (2)自感电动势的方向：当原电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反；当原电流减 小时，自感电动势的方向与原电流方向相同 (3)自感电动势的作用：阻碍原电流的变化，起到延
5、迟电流变化的作用 2对电感线圈阻碍作用的理解 (1)当线圈中电流增大时，自感电动势方向与原电流方向相反，阻碍原电流的增大 (2)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，阻碍原电流的减小 (3)自感电动势总是阻碍电流的变化，但不能阻止电流的变化 例 1 如图 2 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 ( ) 图 2 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
6、熄灭 D断开开关 S 时，LA慢慢熄灭，LB闪亮后才慢慢熄灭 答案 D 解析由于灯泡 LA、R1与线圈L串联，灯泡 LB与电阻R2串联，在 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立刻变亮， LA慢慢变亮， 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， 在 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 电感线圈对电流的变化有阻碍作用，具体表现： (1)通电瞬间电感线圈处相当于断路 (2)在电流增大过程中
7、，电感线圈中的电流从 0 逐渐增大到稳定值 (3)电流稳定时电感线圈相当于导体，若其直流电阻忽略不计，则相当于导线 (4)断电时， 电感线圈相当于电源， 其电流由原值逐渐减小， 不会发生突变(必须有闭合回路) 例 2 (多选)如图 3 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 ( ) 图 3 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 BD 解析开关 S 闭合瞬间，灯泡中的电流从a到b
8、，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；在开关 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的瞬时电流，C 错误，D 正确 断电自感中灯泡会不会闪亮的判断：断开开关瞬间通过灯泡的电流大于断开前通过灯泡的电 流，灯泡会闪亮一下；若断开开关瞬间通过灯泡电流小于等于断开前的电流，灯泡不会闪亮 一下，而是直接变暗 二、自感现象中的图象问题 例 3 如图 4 所示的电路中， 开关 S 闭合且稳定后流过电感线圈的电流是 2A， 流
9、过灯泡的电 流是 1A，现将开关 S 突然断开，开关 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( ) 图 4 答案 D 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，电感线圈 的支路由于自感现象会产生与线圈中原电流方向相同的自感电动势，使线圈中的电流从原来 的 2A 逐渐减小， 方向不变， 且与灯泡 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 提示 要注意断电前后，无线圈的支路电流方向是否变化 三、日光灯的工作原理 1.合开关后，
10、启动器动触片与静触片接触，使灯丝和镇流器线圈中有电流流过，使灯丝预热 2电路接通后，启动器中的氖气停止放电，U 形片冷却收缩，两个触片分离，电路自动断开 3在电路突然断开的瞬间，由于镇流器电流急剧减小，会产生很高的自感电动势，方向与原 来的电压方向相同，自感电动势与电源电压加在一起，形成一个瞬时高压，加在灯管两端， 使灯管中的气体开始放电，于是日光灯成为电流的通路开始发光 4日光灯开始发光后，由于交变电流通过镇流器的线圈，线圈中就会产生自感电动势，它总 是阻碍电流的变化，这时镇流器起着降压限流的作用，保证日光灯正常工作 例 4 如图 5 所示为日光灯的结构示意图，若按图示的电路连接，关于日光灯
11、发光的情况， 下列说法正确的是( ) 图 5 AS1接通，S2、S3断开，日光灯就能正常发光 BS1、S2接通，S3断开，日光灯就能正常发光 CS1、S2、S3接通，日光灯就能正常发光 DS3断开，接通 S1、S2后，再断开 S2，日光灯就能正常发光 答案 D 解析 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，A 错误；S1、S2接通，S3断开时，灯管发生短路，灯管两端电压为零，日 光灯不能发光，B 错误；只有当 S1、S2接通，灯丝被预热，再断开 S2，镇流器产生很大的自 感电动势，和原电压一起加在灯管两端，使管内气体电
12、离，日光灯正常发光，C 错误，D 正确. 1(对自感电动势的理解)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，自感电动势越大 B电感一定时，电流变化越快，自感电动势越大 C通过线圈的电流为零的瞬间，自感电动势为零 D通过线圈的电流为最大值的瞬间，自感电动势最大 答案 B 解析 电感一定时，电流变化越快，越大，由EL知，自感电动势越大，A 错，B 对 ； I t I t 线圈中电流为零时，电流的变化率不一定为零，自感电动势不一定为零，故 C 错；当通过线 圈的电流最大时，若电流的变化率为零，自感电动势为零，故 D 错 2(对自感系数的理解)(2019汕头市高
13、二检测)关于线圈的自感系数，下列说法正确的是 ( ) A线圈的自感系数越大，自感电动势一定越大 B线圈中的电流等于零时，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因素及有无铁芯决定 答案 D 解析 线圈的自感系数跟线圈的形状、长短、匝数和有无铁芯等自身特性有关，与线圈中有 无电流、 电流的变化快慢等无关， B、 C 错误， D 正确 ； 自感电动势除与线圈的自感系数有关外， 还与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关，A 错误 3(对自感现象的理解)(多选)如图 6 所示电路，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，则( )
14、 图 6 AS 闭合瞬间，LA不亮，LB很亮 BS 闭合瞬间，LA、LB同时亮，然后 LA逐渐变暗到熄灭，LB变得更亮 CS 断开瞬间，LA闪亮一下才熄灭，LB立即熄灭 DS 断开瞬间，LA、LB立即熄灭 答案 BC 4(自感现象的图象问题)在如图 7 所示的电路中，L是一个自感系数很大、直流电阻不计的 线圈，D1、D2和 D3是三个完全相同的灯泡，E是内阻不计的电源在t0 时刻，闭合开关 S， 电路稳定后在t1时刻断开开关 S.规定以电路稳定时流过 D1、D2的电流方向为正方向，分别 用I1、I2表示流过 D1和 D2的电流，则下列图象中能定性描述电流I随时间t变化关系的是 ( ) 图 7
15、答案 C 解析 当闭合开关时，因为线圈与 D1串联，所以流过 D1的电流I1会慢慢增大，流过 D2的电 流I2为稳定值， 且电路稳定时I2IA，则能观察到小灯泡闪亮一下再熄灭，线圈 的自感系数越大， 小灯泡延时闪亮的时间就越长 可见灯泡未闪亮的根本原因是不满足ILIA 的条件，这是线圈电阻偏大造成的故 C 正确 考点二 自感现象中的图象问题 9(多选)如图 9 所示，用电流传感器研究自感现象电源内阻不可忽略，线圈的自感系数较 大，其直流电阻小于电阻R的阻值t0 时刻闭合开关 S，电路稳定后，t1时刻断开 S，电 流传感器连接计算机分别描绘了整个过程线圈中的电流IL和电阻中的电流IR随时间t变化
16、的 图象下列图象中可能正确的是( ) 图 9 答案 AD 10(多选)(2018峨山一中月考)图 10(a)是用电流传感器(相当于电流表，其内阻可以忽略 不计)研究自感现象的实验电路，图中两个电阻的阻值均为R，L是一个自感系数足够大的自 感线圈，其直流电阻值也为R.图(b)是某同学画出的在t0时刻开关 S 切换前后，通过传感器 的电流随时间变化的图象关于这些图象，下列说法正确的是( ) 图 10 A图(b)中甲是开关 S 由断开变为闭合，通过传感器 1 的电流随时间变化的情况 B图(b)中乙是开关 S 由断开变为闭合，通过传感器 1 的电流随时间变化的情况 C图(b)中丙是开关 S 由闭合变为
17、断开，通过传感器 2 的电流随时间变化的情况 D图(b)中丁是开关 S 由闭合变为断开，通过传感器 2 的电流随时间变化的情况 答案 BC 11.如图 11 所示的电路中， 电源的电动势为E， 内阻为r， 自感线圈L的直流电阻不计， 电阻R 的阻值大于灯泡 D 的阻值，在t0 时刻闭合开关 S，经过一段时间后，在tt1时刻断开开 关 S，下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化关系的图象中，正确的是( ) 图 11 答案 B 解析 在t0 时刻闭合开关 S，由于自感线圈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
18、tt1时刻断开开关 S，自感线圈L产生自感电动势，与灯泡构成闭合回路，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变化的图象中正确的是选项 B. 考点三 日光灯的工作原理 12如图所示，S 为启动器，L为镇流器，其中日光灯的接线图正确的是( ) 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，无法将瞬时高压加在灯管两端，选项 C 错误；选项 D 中 灯丝左、右两端分别被短接，无法预热放出电子，不能使灯管气体
19、电离，选项 D 错误只有 选项 A 满足发光条件 13(多选)关于日光灯的下列说法正确的是( ) A启动器触片接通时，镇流器产生瞬时高压 B工作时，镇流器降压、限流，保证日光灯管正常发光 C工作时，镇流器使日光灯管的电压稳定在 220V D正常工作和不工作时，双金属片的状态相同 答案 BD 解析 启动器接通后再断开时， 镇流器产生瞬时高压， 而不是接通时产生瞬时高压， 故 A 错误 ； 日光灯正常工作时，因交变电流通过镇流器产生自感电动势，起降压限流作用，故 B 正确； 保证日光灯管正常工作，此时有电流通过镇流器，灯管两端电压小于 220V，故 C 错误；启动 器在启动时，相当于自动开关的作用
20、，启动后双金属片恢复原状，故 D 正确 二、非选择题 14 如图12甲所示为某同学研究自感现象的实验电路图， 用电流传感器显示各时刻通过线圈L 的电流电路中电灯的电阻R16.0，定值电阻R2.0，A、B间的电压U6.0V开关 S 原来闭合，电路处于稳定状态，在t11.0103s 时刻断开开关 S，该时刻前后电流传感器 显示的电流I随时间t变化的图线如图乙所示 图 12 (1)求出线圈L的电阻RL. (2)在图甲中，断开开关后通过电灯的电流方向如何？ (3)在t21.6103s 时刻线圈L中的感应电动势的大小是多少？ 答案 (1)2.0 (2)电灯中的电流方向自右向左 (3)3.0V 解析 (1)由题图可知，开关 S 闭合电路稳定时流过线圈L的电流I01.5A， 由欧姆定律得I0， U RLR 解得RLR2.0. U I0 (2)断开开关后，线圈L、电阻R和电灯构成一闭合回路，由自感规律可知，电灯中的电流方 向自右向左 (3)由题图可知，t21.6103s 时刻线圈L中的电流I0.3A，此时线圈L相当于电源，由 闭合电路欧姆定律得 EI(RLRR1)0.3(2.02.06.0) V3.0V.