1.6自感现象及其应用 学案(2020年粤教版高中物理选修3-2)

1.6自感现象及其应用学案（2020年粤教版高中物理选修3-2）第六节第六节自感现象及其应用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2A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，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3A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，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，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，关于日光灯发光的情况，下列说法正确的是图5AS1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，It越大，由ELIt知，自感电动势越大，A 错，B对；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xx汕头市高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，则图6AS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BC4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I2I1.当开关断开时，因为线圈阻碍电流I1的减小，所以通过D1的电流不会立即消失，会从原来的大小慢慢减小，由于L.D1.D2和D3构成回路，通过D1的电流也流过D2，所以I2变成反向立即增大，之后逐渐减小，故C正确，A.B.D错误5对日光灯的原理的理解家用日光灯电路如图8所示，S为启动器，A为灯管，C为镇流器，关于日光灯的工作原理，下列说法正确的是图8A镇流器的作用是交流电变为直流电B 在日光灯正常发光时，启动器中的两个触片是分开的C日光灯发出的光是电流加热灯丝发出的D日光灯发出的光是汞原子受到激发后直接辐射的答案B解析镇流器在启动时产生瞬时高压，在正常工作时起降压限流作用，故A错误；电路接通时，启动器中的氖气停止放电启动器分压少，辉光放电无法进行，不工作，U形动触片冷却收缩，两个触片分离，B正确U形动触片两极断开瞬间，流过镇流器的电流突然切断，产生很大的感应电动势，此瞬时高压加在灯管两端，灯管内惰性气体和汞蒸气电离，使灯管导电而发光，故C.D错误一.选择题考点一自感现象的分析1.如图1是用于观察自感现象的电路图，设线圈的自感系数很大，线圈的直流电阻RL与灯泡的电阻R满足RLR，则在开关S 由闭合到断开的瞬间，可以观察到图1A灯泡立即熄灭B灯泡逐渐熄灭C灯泡有明显的闪亮现象D只有在RLR时，才会看到灯泡有明显的闪亮现象答案C解析S闭合，电路稳定时，由于RLR，那么ILIR，S断开的瞬间，流过线圈的电流IL要减小，在L上产生的自感电动势要阻碍电流的减小，而灯泡与线圈形成闭合回路，流过线圈的电流IL通过灯泡，由于ILIR，因此灯泡开始有明显的闪亮现象，C正确，A.B错误若RLR，则ILIR，这样灯泡不会有明显的闪亮现象，D错误2.如图2所示的电路中，A1和A2是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其直流电阻与R相同在开关S接通和断开时，灯泡A1和A2亮暗的顺序是图2A接通时A1先达最亮，断开时A1后灭B接通时A2先达最亮，断开时A1后灭C接通时A1先达最亮，断开时A2后灭D接通时A2先达最亮，断开时A2后灭答案A解析当开关S接通时，A1和A2同时亮，但由于自感现象的存在，流过线圈的电流由零变大时，线圈上产生自感电动势阻碍电流的增大，使通过线圈的电流从零开始慢慢增加，所以开始时电流几乎全部从A1通过，而该电流又将同时分路通过A2和R，所以A1先达最亮，经过一段时间电路稳定后，A1和A2达到一样亮；当开关S断开时，A2立即熄灭，由于通过线圈的电流突然减小，线圈中产生自感电动势阻碍电流的减小，使线圈L和A1组成的闭合电路中有感应电流，所以A1后灭3多选xx宿迁市高二上学期期末如图3所示，A.B是两个完全相同的小灯泡，L是电阻不计.自感系数很大的线圈下列说法正确的有图3A闭合S1，再闭合S2，A灯将变暗B 闭合S1，再闭合S2，B灯将变暗直至熄灭C闭合S1.S2稳定后，再断开S1，A灯将立即熄灭D闭合S1.S2稳定后，再断开S1，B灯先亮一下然后变暗直至熄灭答案BCD4xx如东中学高二阶段性测试如图4所示，电源电动势为E，其内阻不可忽略，L1.L2是完全相同的灯泡，线圈L的直流电阻不计，电容器的电容为C，合上开关S，电路稳定后图4A电容器的带电荷量为CEB 灯泡L1.L2的亮度相同C在断开S的瞬间，通过灯泡L1的电流方向向右D在断开S的瞬间，灯泡L2立即熄灭答案C解析合上开关S，电路稳定后，L1短路，L1灯不亮，L2灯发光，B错；由于电源有内阻，电容器两端电压UE，则电容器所带电荷量QIA，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变化的图象下列图象中可能正确的是图9答案AD10多选xx峨山一中月考图10a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10A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BC11.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220VD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，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121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12.02电灯中的电流方向自右向左33.0V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I0URLR，解得RLUI0R2.0.2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EIRLRR10.32.02.06.0V3.0V.。