高中物理选修3-2：自感现象知识点总结

高中物理选修3-2：自感现象知识点总结
理
物
高
中
考点/易错点1
自感现象
1、自感：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：由于自感现象而产生的电动势．
3、自感电动势对电流的作用：电流增加时，感应电动势阻碍电流的增加；电流减小时，感应电动势阻碍电流的减小．
4、实验与探究
考点/易错点2
自感系数
1、物理意义：描述线圈本身特性的物理量，简称自感或电感．
2、影响因素：线圈的形状、长短、匝数、有无铁芯．线圈越粗、越长，匝数越多，其自感系数就越大；有铁芯时线圈的自感系数比没铁芯时大得多．
3、单位：亨利，简称亨，符号是H.常用的较小单位有mH和μH.
考点/易错点3
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．
考点/易错点4
自感现象的理解
1、对自感电动势的进一步理解
(1)自感电动势产生的原因
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，因而在原线圈中产生感应电动势．
(2)自感电动势的作用
阻碍原电流的变化，而不是阻止，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．
(3)自感电动势的方向
当原电流增大时，自感电动势方向与原电流方向相反，电流减小时，自感电动势方向与原电流方向相同．
2、自感现象的分析思路
(1)明确通过自感线圈的电流怎样变化(是增大还是减小)．
(2)判断自感电动势方向．电流增强时(如通电)，自感电动势方向与原电流方向相反；电流减小时(如断电)，自感电动势方向与原电流方向相同．
(3)分析电流变化情况，电流增强时(如通电)，自感电动势方向与原电流方向相反，阻碍增加，电流逐渐增大．电流减小时(如断电)，由于自感电动势方向与原电流方向相同，阻碍减小，线圈中电流方向不变，电流逐渐减小．
特别提醒自感电动势阻碍原电流的变化，而不是阻止，电流仍在变化，只是使原电流的变化时间变长．
考点/易错点5
自感现象中灯泡亮度变化
在处理通断电灯泡亮度变化问题时，不能一味套用结论，如通电时逐渐变亮，断电时逐渐变暗，或闪亮一下逐渐变暗．要具体问题具体分析，关键要搞清楚电路连接情况.
自感现象的分析技巧
在求解有关自感现象的问题时，必须弄清自感线圈的工作原理和特点，这样才能把握好切入点和分析顺序，从而得到正确答案．
1．自感现象的原理
当通过导体线圈中的电流变化时，其产生的磁场也随之发生变化．由法拉第电磁感应定律可知，导体自身会产生阻碍自身电流变化的自感电动势．
2．自感现象的特点
(1)自感电动势只是阻碍自身电流变化，但不能阻止．
(2)自感电动势的大小跟自身电流变化的快慢有关．电流变化越快，自感电动势越大．
(3)自感电动势阻碍自身电流变化的结果，会给其他电路元件的电流产生影响．
①电流增大时，产生反电动势，阻碍电流增大，此时线圈相当于一个阻值很大的电阻；
②电流减小时，产生与原电流同向的电动势，阻碍电流减小，此时线圈相当于电源．
3．通电自感与断电自感
自感现象中主要有两种情况：即通电自感与断电自感．在分析过程中，要注意：(1)通过自感线圈的电流不能发生突变，即通电过程中，电流是逐渐变大；断电过程中，电流是逐渐变小，此时线圈可等效为“电源”，该“电源”与其他电路元件形成回路．(2)断电自感现象中灯泡是否“闪亮”问题的判断在于对电流大小的分析，若断电后通过灯泡的电流比原来强，则灯泡先闪亮后再慢慢熄灭．
特别提醒
线圈对变化电流的阻碍作用与对稳定电流的阻碍作用是不同的．对变化电流的阻碍作用是由自感现象引起的，它决定了要达到稳定值所需的时间；对稳定电流的阻碍作用是由绕制线圈的导线的电阻引起的，决定了电流所能达到的稳定值．
考点/易错点6
日光灯的工作原理
1、构造
日光灯的电路如图所示，由日光灯管、镇流器、开关等组成．
2、日光灯的启动
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，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，两个触片分开，电路自动断开，通过镇流器的电流迅速减小，会产生很高的自感电动势，方向与原来电压方向相同，形成瞬间高压加在灯管两端，使灯管中的气体开始导电，于是日光灯管就成了通路开始导电发光．
3、日光灯正常工作时镇流器的作用
由于日光灯使用的是交流电源，电流的大小和方向做周期性变化，当交流电的大小增大时，镇流器上的自感电动势阻碍原电流增大，自感电动势与原电压反向，当交流电减小时，镇流器上的自感电动势阻碍原电流的减小，自感电动势与原电压同向，可见镇流器的自感电动势总是阻碍电流的变化，镇流器起降压、限流的作用．
四、课程小结
1、自感现象
●自感：由于线圈本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象．
●自感电动势：由于自感现象而产生的电动势．
●自感电动势对电流的作用：电流增加时，感应电动势阻碍电流的增加；电流减小时，感应电动势阻碍电流的减小．
2、自感系数
●物理意义：描述线圈本身特性的物理量，简称自感或电感．
●影响因素：线圈的形状、长短、匝数、有无铁芯．线圈越粗、越长，匝数越多，其自感系数就越大；有铁芯时线圈的自感系数比没铁芯时大得多．
●单位：亨利，简称亨，符号是H.常用的较小单位有mH和μH.1H=103mH1H=106μH
一、自感现象的四个要点和三个状态
要点一：电感线圈产生感应电动势的原因是通过线圈本身的电流变化引起穿过自身的磁通量变化。

要点二：自感电流总是阻碍导体中原电流的变化，当自感电流是由于原电流的增强引起的（如通电），自感电流的方向与原电流方向相反；当自感电流是由于原电流的减少引起时（如断电），自感电流的方向与原电流方向相同；
要点三：自感电动势的大小取决于自感系数和导体本身电流变化的快慢。

其具体关系为：。

其中，自感系数L的大小是由线圈本
身的特性决定的。

线圈越粗、越长、匝数越密，它的自感系数就越大；线圈中加入铁芯，自感系数增大。

要点四：自感现象的解释。

图1的电路断电时，线圈中产生的自右向左的自感电流，是从稳定时的
电流开始减小的。

若为线圈的直流电阻），在电键S闭合稳定后，流过电灯的自右向左的电流小于流过线圈的自右向左的电流，在S断开的瞬间，才可以看到电灯更亮一下后才熄灭。

若，在S断开的瞬间，电灯亮度是逐渐减弱的。

三个状态：理想线圈（无直流电阻的线圈）的三个状态分别是指线圈通电瞬间、通电稳定状态和断电瞬间状态。

在通电开始瞬间应把线圈看成断开，通电稳定时可把理想线圈看成导线或被短路来分析问题。

断电时线圈可视为一瞬间电流源（自感电动势源），它可以使闭合电路产生电流。

二、自感现象题型及其分析
1.判断灯亮度情况的变化问题
例1、如图2所示的电路中是完全相同的灯泡，线圈L的电阻可以忽略。

下列说法中正确的是（）
A.合上电键S接通电路时，先亮，后亮，最后一样亮
B.合上电键S接通电路时，始终一样亮
C.断开电键S切断电路时，立即熄灭，过一会才熄灭
D.断开电键S切断电路时，都过一会才熄灭
解析：自感线圈具有阻碍电流变化的作用，当电流增加时，它阻碍电流增加；当电流减小时，它阻碍电流减小，但阻碍并不是阻止。

闭合电键时，L中电流从无到有，L将阻碍这一变化，使L中电流不能迅速增大；
而无电感的电路，电流能够瞬时达到稳定值。

故灯后亮，灯先亮，最后两灯电流相等，一样亮。

断开电键时，L中产生自感电动势与自身
的电流方向相同，该自感电流通过，使过一会儿才熄灭，故选项A、D正确。

小结：本题在断电瞬间，两灯尽管可以过一会熄灭，但看不到更亮一下再熄灭的现象。

其原因是，线圈L的电阻可以忽略，电键闭合稳定后，两灯中的电流相等。

如果本题的电路改成图3所示，由于电路闭合稳定
时，流过线圈的电流大于灯中的电流，亮；当电键断开瞬间，
都过一会才熄灭，但会更亮一下。

图3
2.自感中的电流计算问题
例2、如图4所示，电源电动势E=6V，内阻不计，A和B两灯都标有“6V
0.3A”字样，电阻R和线圈L的直流电阻均为，试通过计算，分析在电键S闭合和断开的极短时间内流过A和B两灯的电流变化情况。

图4
解析：A和B两灯的电阻均为。

S刚闭合时，由于L 中电流不能突变，只能由零逐渐增大到稳定值，因此L中电流为零相当于断路，此时的电路等效成图5所示。

对图5，不难算出流过A、B两灯
的电流分别为。

电路稳定后，A、B两灯分别与R、L并联后再串联，此时线圈相当于一
个的电阻，根据直流电路知识，容易算出流过A、B两灯的电流均
为。

图5
当S断开瞬间，A灯中的电流立即从0.15A变为零。

由于发生自感现象，线圈L中的电流不能发生突变，在线圈L与B灯组成的回路中，L中的电流由向右的0.15A开始变小，故B灯中电流从向右流过的0.15A立即变为向左流过的0.15A，然后逐渐减为零。