教科版高中物理选修3-21-6

高中物理学习材料（马鸣风萧萧**整理制作）
6自感日光灯
(时间：60分钟)
知识点一对自感系数的理解
1．一个线圈的电流在均匀增大，则这个线圈的()．A．自感系数也将均匀增大
B．自感电动势也将均匀增大
C．磁通量的变化率也将均匀增大
D．自感系数、自感电动势都不变
解析自感系数决定于线圈自身，自感电动势E＝L ΔI Δt.
答案 D
2．关于线圈的自感系数，下列说法中正确的是()．A．线圈中产生的自感电动势越大，线圈的自感系数一定越大
B．线圈中电流变化越快，自感系数越大
C．线圈中电流为零时，自感系数也为零
D．线圈的自感系数是由线圈本身的几何尺寸及铁芯情况决定的量
解析线圈的自感系数由自感系数本身的物理意义确定，与线圈中是否有电流、线圈中存在电流时电流是否变化等因素无关．
答案 D
知识点二对自感现象的分析
3．如图1－6－8所示的电路中，a、b为两个完全相同的灯泡，L为自感线圈，E为电源，S为开关．关于两灯泡点亮和熄灭的先后次序，下列说法正确的是()．
图1－6－8
A．合上开关，a先亮，b后亮；断开开关，a、b同时熄灭
B．合上开关，b先亮，a后亮；断开开关，a先熄灭，b后熄灭
C．合上开关，b先亮，a后亮；断开开关，a、b同时熄灭
D．合上开关，a、b同时亮；断开开关，b先熄灭，a后熄灭
解析合上开关后，由于a灯和线圈相连后接在电路中，当电路中电流变化时，线圈对电流有阻碍作用，所以闭合开关后，b先亮，a后亮；断开开关后，a、b都要过一会再灭．
答案 C
图1－6－9
4.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，采用双线并绕的方法，如图1－6－9所示．其道理是()．A．当电路中的电流变化时，两股导线产生的自感电动势相互抵消
B．当电路中的电流变化时，两股导线产生的感应电流相互抵消
C．当电路中的电流变化时，两股导线中的磁通量相互抵消
D．以上说法都不对
解析由于采用双线并绕的方法，当电流通过时，两股导线中的电流方向是相反的，不管电流怎样变化，任何时刻两股电流总是等大反向的，所产生的磁通量也是等大反向的，故总磁通量等于零，在该线圈中不会产生电磁感应现象，因此消除了自感，选项A、B错误，只有C正确．
答案 C
图1－6－10
5.如图1－6－10所示的电路中，两个相同的电流表G1和G2，零点均在刻度盘的中央．当电流从“＋”接线柱流入时，指针向右摆；当电流从“－”接线柱流入时，指针向左摆．在电路接通后再断开开关S的瞬间，下述说法中正确的是
()．A．G1指针向右摆，G2指针向左摆
B．G1指针向左摆，G2指针向右摆
C．G1、G2的指针都向右摆
D．G1、G2的指针都向左摆
解析在电路的开关断开的瞬间，流经G1的电流不变．从G1的正接线柱流入，流经G2的电流从G2的负接线柱流入，所以G1向右摆动，G2向左摆动．答案 A
6．如图1－6－11甲、乙所示电路中，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，则()．
甲乙
图1－6－11
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
解析甲图中，电灯A与自感线圈L在同一个支路中，流过的电流相同．断开开关S瞬间，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，电灯A的电流不变，以后电流逐渐变小，因此，电灯逐渐变暗．乙图中，电灯A所在支路的电流比自感线圈所在支路的电流要小(因为自感线圈的电阻很小)．断开开关S时，自感线圈的自感电动势要阻碍电流变小，此瞬间自感线圈中的电流不变，自感线圈相当于一个电源给灯A供电．因此，反向流过A的电流瞬间要变大，然后逐渐变小，所以电灯要先亮一下，然后逐渐变暗．答案AD
图1－6－12
7.如图1－6－12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．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变化关系的图像是()．
解析开关S突然断开，由于自感线圈L中磁通量突然减小，产生自感电动势E，根据楞次定律，自感电动势E的方向应与原电流的方向相同，此时自感线圈就是电源，与灯泡组成闭合回路．所以灯泡中的电流应是由原来的大小为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．
答案 D
8．如图1－6－13所示的电路中，三个相同的灯泡a、b、c和电感L1、L2与直流电源连接，电感的电阻忽略不计，开关S从闭合状态突然断开时，下列判断正确的有()．
图1－6－13
A．a先变亮，然后逐渐变暗
B．b先变亮，然后逐渐变暗
C．c先变亮，然后逐渐变暗
D．b、c都逐渐变暗
解析由题图中看出，S突然断开时，电感L1、L2中的感应电流瞬间都加在灯a上，所以a瞬间电流比原来大，所以灯a先变亮，然后逐渐变暗，b、c都逐渐变暗．
答案AD
9．如图1－6－14所示，电灯A、B与固定电阻的阻值均为R，L是自感系数很大的线圈．当S1闭合，S2断开且电路稳定时，A、B亮度相同，再闭合S2，待电路稳定后将S1断开，下列说法中正确的是()．
图1－6－14
A．B灯立即熄灭
B．A灯将比原来更亮一些后再熄灭
C．有电流通过B灯，方向为c→d
D．有电流通过A灯，方向为b→a
解析S2断开而只闭合S1时，稳定时，A、B两灯一样亮，可知线圈L的电阻也是R.在S1、S2都闭合时I A＝I L，故当S2闭合S1突然断开时，流过A灯的电流只是方向变为b→a，但其大小不突然增大，A灯不出现更亮一下再熄灭的现象，故D项正确、B项错误；由于固定电阻R几乎没有自感作用，故断开S1时，B 灯电流迅速变为零，而立即熄灭，故A项正确，C项错误．综上所述分析可知，本题正确答案为A、D.
答案AD
知识点三日光灯的原理
10．如下图所示的四个日光灯的连接线路中，S1为启动器，S2为开关，L是镇流器，能使日光灯正常发光的是()．
解析日光灯工作时，电流通过镇流器、灯丝和启动器构成回路，使启动器发出辉光，相当于启动器短路接通，同时电流加热灯丝，灯丝发射电子，镇流器起控制电流的作用，出现一个高电压加在灯管两端，灯管中的气体放电、发光，此时启动器已无作用．所以启动器可用手动的开关来代替(实际操作时，因启动器丢失或损坏时，可手持带绝缘皮的导线短接启动器然后再断开)．答案AC
11．如图1－6－15所示，L是自感系数较大的一个线圈，电源的电动势为6 V，开关S已闭合，当S断开时，在L中产生的自感电动势E′＝100 V，求此时a、b两点间的电势差．
图1－6－15
解析当S断开时，线圈中产生的自感电动势阻碍原电流的减小，因此电动势方向与线圈中原电流方向相同，即L的右端电势高于左端电势，由于S断开时a、b两点间断路，相当于电阻很大，所以整个回路中由电动势造成的电势差集中在a、b两点间，φb－φa＝E＋E′＝6 V＋100 V＝106 V，即a点的电势比b点低106 V.
答案106 V
12．如图1－6－16所示的是一种触电保安器，变压器A处用双股相线(火线)和零线平行绕制成线圈，然后接到用电器上，B处有一个输出线圈，一旦有电流，经放大后便能立即推动断电器J切断电源．
图1－6－16
(1)增加开灯的盏数，能否切断电源？
(2)双手分别接触火线和零线，能否切断电源？
(3)单手接触相线，脚与地相接触而触电，能否切断电源？
解析(1)不能．因A处线圈是采用双绕法，增加开灯的盏数只会使电路中电流增大，但A处两线中电流始终大小相等方向相反，磁通量相互抵消，B中磁通量不发生改变，故不能推动J切断电源．
(2)不能．理由同(1)．
(3)能．因为有电流通过人体而流入地下，使A中电流发生改变，B中磁通量发生改变，B中产生感应电流，从而推动J切断电源．
答案(1)不能(2)不能(3)能
13．如图1－6－17所示甲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．电路中灯泡的电阻R1＝6.0 Ω，定值电阻R ＝2.0 Ω，AB间电压U＝6.0 V，开关S原来闭合，电路处于稳定状态，在t1＝1.0×10－3 s时刻断开开关S，此时刻前后电流传感器显示的电流随时间变化的图线如图1－6－17乙所示．
图1－6－17
(1)求出线圈L的直流电阻R L.
(2)在图甲中用箭头标出断开开关后通过电灯的电流方向．
(3)在t＝1.6×10－3 s时刻线圈L中的感应电动势的大小是多少？
解析(1)由图读出，开始时流过电感线圈L的电流I0＝1.5 A
由欧姆定律I0＝U
R L＋R
－R＝2.0 Ω
解得：R L＝U
I0
(2)R1中电流方向向左(或沿逆时针方向)．
(3)由图读出，t＝1.6×10－3 s时刻线圈L的电流I＝0.30 A，线圈L相当于一个电源，由闭合电路欧姆定律E＝I(R L＋R＋R1)，解得E＝3.0 V.
答案(1)2.0 Ω(2)向左(3)3.0 V。