魯科版選修32 第二章 第2節(jié) 自感 學(xué)案.doc

第2節(jié)自感1.由導(dǎo)體自身的電流變化所產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢叫自感電動(dòng)勢，el。2當(dāng)導(dǎo)體中原電流增大時(shí)，自感電動(dòng)勢與原電流方向相反；當(dāng)導(dǎo)體中原電流減小時(shí)，自感電動(dòng)勢與原電流方向相同。即自感電動(dòng)勢總是要阻礙導(dǎo)體自身的電流發(fā)生變化。3線圈的自感系數(shù)與線圈的形狀、橫截面積、長短、匝數(shù)、有無鐵芯等因素有關(guān)。 一、自感現(xiàn)象 由導(dǎo)體自身電流變化所產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。二、自感電動(dòng)勢自感電動(dòng)勢定義由導(dǎo)體自身電流變化所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢大小el，與電流變化率成正比方向原電流增大時(shí)，與原電流方向相反，原電流減小時(shí)，與原電流方向相同作用阻礙導(dǎo)體自身電流發(fā)生變化三、自感系數(shù)自感系數(shù)物理意義表征產(chǎn)生自感電動(dòng)勢本領(lǐng)的大小大小決定因素線圈形狀、橫截面積、長短、匝數(shù)、鐵芯等單位亨(h)、毫亨(mh)、微亨(h)1自主思考判一判(1)自感電動(dòng)勢的作用是阻礙導(dǎo)體自身電流發(fā)生變化。()(2)當(dāng)線圈中有電流時(shí)，線圈中就有自感電動(dòng)勢。()(3)當(dāng)線圈中電流減小時(shí)，線圈中自感電動(dòng)勢的方向與線圈中電流的方向相同。()(4)線圈中電流變化得越快，線圈的自感系數(shù)越大。()(5)不管電流如何變化，線圈的自感系數(shù)不變。()2合作探究議一議(1)自感現(xiàn)象是否屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，是否遵守楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律？提示：自感現(xiàn)象屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵守楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律。(2)自感電動(dòng)勢的方向與原電流的方向是否相反？提示：實(shí)際上，電流減弱時(shí)自感電動(dòng)勢的方向與原電流方向相同，電流增強(qiáng)時(shí)自感電動(dòng)勢的方向與原電流方向相反。(3)感應(yīng)電動(dòng)勢的結(jié)果可以“阻止”原電流的變化嗎？提示：感應(yīng)電動(dòng)勢只阻礙原電流的變化，不能“阻止”。 兩種自感現(xiàn)象的分析1斷電自感實(shí)驗(yàn)電路實(shí)驗(yàn)要求電路穩(wěn)定時(shí)la1、la2亮度相同ilia1la1猛然亮一下再逐漸熄滅la2立刻熄滅r0為純電阻不產(chǎn)生自感現(xiàn)象，la2立即熄滅。l為自感系數(shù)較大的線圈，斷開s后，l中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢，與la1組成閉合回路，線圈中的電流在原來電流值基礎(chǔ)上逐漸減小ilia1la1由原來亮度逐漸熄滅ilib，斷開開關(guān)s時(shí)，由于自感線圈l電流不變且與lb、r2形成閉合回路，因此有ibib，因此斷開開關(guān)s時(shí)，la慢慢熄滅，lb閃亮后才慢慢熄滅，c錯(cuò)d對(duì)。2.如圖223所示，燈la、lb完全相同，帶鐵芯的線圈l的電阻可忽略。則()圖223as閉合瞬間，la、lb同時(shí)發(fā)光，接著la變暗，lb更亮，最后la熄滅bs閉合瞬間，la不亮，lb立即亮cs閉合瞬間，la、lb都不立即亮d穩(wěn)定后再斷開s的瞬間，lb熄滅，la比lb(原先亮度)更亮解析：選as接通的瞬間，l所在支路中電流從無到有發(fā)生變化，因此，l中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢阻礙電流增加。由于有鐵芯，自感系數(shù)較大，對(duì)電流的阻礙作用也就很強(qiáng)，所以s接通的瞬間，通過l的電流非常小，即干路中的電流幾乎全部流過la，la、lb會(huì)同時(shí)亮。又由于通過l的電流很快穩(wěn)定，感應(yīng)電動(dòng)勢很快消失，l的阻值很小，所以對(duì)la起到“短路”作用，la便熄滅。這時(shí)電路的總電阻比剛接通時(shí)小，lb會(huì)比以前更亮。故a正確，b、c錯(cuò)誤。穩(wěn)定后斷開s瞬間，lb熄滅，l和la構(gòu)成回路，由于自感作用，la亮一會(huì)再熄滅，又由于此時(shí)la的電流與穩(wěn)定時(shí)通過lb的電流大小相等，故la此時(shí)不會(huì)比lb更亮，故d錯(cuò)誤。自感現(xiàn)象圖像問題解決此類圖像問題，首先要搞清研究什么元件上的電流隨時(shí)間的變化關(guān)系，其次要根據(jù)線圈的自感電動(dòng)勢引起的感應(yīng)電流的方向，與原電流的方向比較是相同還是相反，大小如何變化等因素來確定圖像。1在如圖224所示的電路中，兩個(gè)相同的小燈泡l1和l2分別串聯(lián)一個(gè)帶鐵芯的電感線圈l和一個(gè)滑動(dòng)變阻器r。閉合開關(guān)s后，調(diào)整r，使l1和l2發(fā)光的亮度一樣，此時(shí)流過兩個(gè)燈泡的電流為i。然后，斷開s。若t時(shí)刻再閉合s，則在t前后的一小段時(shí)間內(nèi)，正確反映流過l1的電流i1、流過l2的電流i2隨時(shí)間t變化的圖像是()圖224解析：選b閉合開關(guān)s后，調(diào)整r，使兩個(gè)燈泡l1、l2發(fā)光的亮度一樣，電流為i，說明rlr。若t時(shí)刻再閉合s，流過電感線圈l和燈泡l1的電流迅速增大，使電感線圈l產(chǎn)生自感電動(dòng)勢，阻礙了流過l1的電流i1增大，直至到達(dá)電流為i，故a錯(cuò)誤，b正確；而對(duì)于燈泡l2，t時(shí)刻再閉合s，流過燈泡l2的電流i2立即達(dá)到電流為i，故c、d錯(cuò)誤。2如圖225所示的電路中，電源的電動(dòng)勢為e，內(nèi)阻為r，電感l(wèi)的電阻不計(jì)，電阻r的阻值大于燈泡d的阻值。在t0時(shí)刻閉合開關(guān)s，經(jīng)過一段時(shí)間后，在tt1時(shí)刻斷開s。下列表示a、b兩點(diǎn)間電壓uab隨時(shí)間t變化的圖像中，正確的是()圖225解析：選b本題考查自感現(xiàn)象和閉合電路歐姆定律。開關(guān)s閉合的瞬間，由于l的阻礙作用，由r與l組成的支路相當(dāng)于斷路，后來由于l的阻礙作用不斷減小，相當(dāng)于外電路并聯(lián)部分的電阻不斷減小，根據(jù)閉合電路歐姆定律i，整個(gè)電路中的總電流增大，由u內(nèi)ir得內(nèi)電壓增大，由uabeir得路端電壓uab減小。電路穩(wěn)定后，由于r的阻值大于燈泡d的阻值，所以流過l支路的電流小于流過燈泡d的電流。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，由于電感l(wèi)的自感作用，流過燈泡d的電流立即與l電流相等，與燈泡原來的電流方向相反且逐漸減小，即uab反向減小，選項(xiàng)b正確。1關(guān)于線圈的自感系數(shù)、自感電動(dòng)勢的下列說法正確的是()a線圈中電流變化越大，線圈的自感系數(shù)越大b對(duì)于某一線圈，自感電動(dòng)勢正比于電流的變化量c一個(gè)線圈的電流均勻增大，這個(gè)線圈的自感系數(shù)、自感電動(dòng)勢都不變d自感電動(dòng)勢與原電流方向相反解析：選c線圈的自感系數(shù)由線圈本身的因素(如長度、面積、匝數(shù)等)決定，e自，而不是e自i，c對(duì)，a、b錯(cuò)；線圈中電流減小時(shí)自感電動(dòng)勢方向與原電流方向相同，電流增大時(shí)，自感電動(dòng)勢方向與原電流方向相反，d錯(cuò)。2.如圖1所示，開關(guān)s閉合且達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，小燈泡a能正常發(fā)光，l為自感線圈，則()圖1a在開關(guān)s閉合的瞬間，小燈泡將慢慢變亮b在開關(guān)s閉合的瞬間，小燈泡立即變亮c在開關(guān)s斷開的瞬間，小燈泡慢慢熄滅d在開關(guān)s斷開的瞬間，小燈泡先閃亮一下，再慢慢熄滅解析：選a當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，自感電動(dòng)勢阻礙電流的增大，小燈泡慢慢變亮；當(dāng)開關(guān)斷開后，自感線圈的電流從有變?yōu)榱?，線圈將產(chǎn)生自感電動(dòng)勢，但由于線圈l與小燈泡a不能構(gòu)成閉合回路，所以小燈泡立即熄滅。3. (多選)如圖2所示的電路中，電源電動(dòng)勢為e，內(nèi)阻r不能忽略。r1和r2是兩個(gè)定值電阻，l是一個(gè)自感系數(shù)較大，電阻可忽略的線圈。開關(guān)s原來是斷開的，從閉合開關(guān)s到電路中電流達(dá)到穩(wěn)定為止的時(shí)間內(nèi)，通過r1的電流i1和通過r2的電流i2的變化情況是()圖2ai1開始較大而后逐漸變小bi1開始很小而后逐漸變大ci2開始很小而后逐漸變大di2開始較大而后逐漸變小解析：選ac閉合開關(guān)s時(shí)，由于l是一個(gè)自感系數(shù)較大的線圈，產(chǎn)生反向的自感電動(dòng)勢阻礙電流的變化，所以開始i2很小，隨著電流達(dá)到穩(wěn)定，自感作用減小，i2開始逐漸變大。閉合開關(guān)s時(shí)，由于線圈阻礙作用很大，路端電壓較大，隨著自感作用減小，路端電壓減小，所以r1上的電壓逐漸減小，電流逐漸減小，故a、c正確。4.如圖3所示，r1、r2的阻值均為r，電感線圈l的電阻及電池內(nèi)阻均可忽略不計(jì)，s原來斷開，電路中電流i0?，F(xiàn)將s閉合，于是電路中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢，自感電動(dòng)勢的作用是()圖3a使電路的電流減小，最后由i0減小到零b有阻礙電流增大的作用，最后電流小于i0c有阻礙電流增大的作用，因而電流總保持不變d有阻礙電流增大的作用，但電流最后還是變?yōu)?i0解析：選d當(dāng)s閉合時(shí)，電路中電阻減小，電流增大，線圈的作用是阻礙電流的增大，選項(xiàng)a錯(cuò)誤；阻礙電流增大，不是不讓電流增大，而是讓電流增大的速度減緩，選項(xiàng)b、c錯(cuò)誤；最后達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，i2i0，故選項(xiàng)d正確。5.如圖4所示，電路中兩個(gè)靈敏電流表g1和g2的零刻度都在刻度盤中央，當(dāng)電流從“”接線柱流入時(shí)，兩表的指針向右偏；電流從“”接線柱流入時(shí)，兩表的指針向左偏。在電路接通達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后再斷開的瞬間，兩表指針的偏轉(zhuǎn)方向?yàn)?)圖4ag1指針向左偏，g2指針向右偏bg1指針向右偏，g2指針向左偏cg1、g2的指針都向左偏dg1、g2的指針都向右偏解析：選b電路穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，g1、g2的指針都向右偏，且g1與線圈串聯(lián)。電路斷開的瞬間，由于自感使流過g1的電流方向不變，流過g2的電流方向與原來相反，因此g1指針向右偏，g2指針向左偏，b對(duì)，a、c、d錯(cuò)。6.如圖5所示是測定自感系數(shù)很大的線圈l直流電阻的電路，l兩端并聯(lián)一只電壓表，用來測量自感線圈的直流電壓。在測量完畢后，拆除電路時(shí)首先進(jìn)行的操作應(yīng)是()圖5a斷開s1b斷開s2c拆除電流表d拆除電阻r解析：選b只要不斷開s2，線圈l與電壓表就會(huì)組成閉合回路，在斷開s1時(shí)，線圈l會(huì)因此產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流的方向與原電流方向相同。這時(shí)流過電壓表的電流方向與原電流方向相反，電壓表中的指針將反向轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)損壞電壓表，所以必須先拆下電壓表，即斷開s2。7.某同學(xué)為了驗(yàn)證斷電自感現(xiàn)象，自己找來帶鐵芯的線圈l、小燈泡a、開關(guān)s和電池組e，用導(dǎo)線將它們連接成如圖6所示的電路。檢查電路后，閉合開關(guān)s，小燈泡發(fā)光；再斷開開關(guān)s，小燈泡僅有不顯著的延時(shí)熄滅現(xiàn)象。雖經(jīng)多次重復(fù)，仍未見老師演示時(shí)出現(xiàn)的小燈泡閃亮現(xiàn)象，他冥思苦想找不出原因。你認(rèn)為最有可能造成小燈泡未閃亮的原因是()圖6a電源的內(nèi)阻較大b小燈泡電阻偏大c線圈電阻偏大 d線圈的自感系數(shù)較大解析：選c由自感規(guī)律可知在開關(guān)斷開的瞬間造成燈泡閃亮以及延時(shí)的原因是在線圈中產(chǎn)生了與原電流同向的自感電流且大于穩(wěn)定時(shí)通過燈泡的原電流。由題圖可知燈泡和線圈構(gòu)成閉合的自感回路，與電源無關(guān)，故a錯(cuò)；造成不閃亮的原因是自感電流不大于穩(wěn)定時(shí)通過燈泡的原電流，當(dāng)線圈電阻小于燈泡電阻時(shí)才會(huì)出現(xiàn)閃亮現(xiàn)象，故b錯(cuò)c正確。自感系數(shù)越大，則產(chǎn)生的自感電流越大，燈泡更亮，故d錯(cuò)。8.如圖7所示，電阻r和線圈自感系數(shù)l的值都較大，電感線圈的電阻不計(jì)，la、lb是兩只完全相同的燈泡，當(dāng)開關(guān)s閉合時(shí)，電路可能出現(xiàn)的情況是()圖7ala、lb一起亮，然后lb熄滅bla比lb亮，然后la熄滅cla、lb一樣亮，然后la熄滅dlb比la先亮，然后lb熄滅解析：選b開關(guān)s閉合時(shí)，由于線圈自感系數(shù)l的值較大阻礙強(qiáng)，因此ilailb，la比lb亮，穩(wěn)定后線圈相當(dāng)于導(dǎo)線，la燈因被短路而熄滅，b對(duì)，a、c、d錯(cuò)。9如圖8所示，l是電阻不計(jì)的自感線圈，c是電容器，e為電源，在開關(guān)s閉合和斷開時(shí)，關(guān)于電容器的帶電情況，下列說法正確的是()圖8as閉合瞬間，a板帶正電，b板帶負(fù)電bs保持閉合，a板帶正電，b板帶負(fù)電cs斷開瞬間，a板帶正電，b板帶負(fù)電d由于線圈l的電阻不計(jì)，電容器被短路，上述三種情況下電容器均不帶電解析：選a當(dāng)s閉合瞬間，l內(nèi)電流增大，產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢的方向是由下指向上，使電容器充電，a板帶正電，b板帶負(fù)電，a項(xiàng)正確；當(dāng)s保持閉合時(shí)，l的電阻為零，電容器兩極板被短路，不帶電，b項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)s斷開瞬間，l內(nèi)的電流減小，自感電動(dòng)勢的方向由上指向下，在l、c組成的回路中給電容器充電，使b板帶正電，a板帶負(fù)電，c項(xiàng)錯(cuò)誤。10.如圖9所示的電路中，s閉合且穩(wěn)定后流過電感線圈的電流是2 a，流過燈泡的電流是1 a。將s突然斷開，則s斷開前后，能正確反映流過燈泡的電流i隨時(shí)間t變化關(guān)系的圖像是()圖9解析：選d開關(guān)s斷開前，通過燈泡d的電流是穩(wěn)定的，其值為1 a。開關(guān)s斷開瞬間，燈泡支路的電流立即減為零，但是自感線圈的支路由于自感現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生與線圈中原電流方向相同的感應(yīng)電動(dòng)勢，使線圈中的電流從原來的2 a逐漸減小，方向不變，且由于它和燈泡d構(gòu)成回路，通過燈泡d的電流和線圈l中的電流相同，也應(yīng)該是從2 a逐漸減小為零，但是方向與原來通過燈泡d的電流方向相反，d項(xiàng)對(duì)。11圖10甲為研究自感實(shí)驗(yàn)電路圖，并用電流傳感器顯示出在t1103 s時(shí)斷開開關(guān)前后一段時(shí)間內(nèi)各時(shí)刻通過線圈l的電流(如圖乙)。已知電源電動(dòng)勢e6 v，內(nèi)阻不計(jì)，燈泡r1的阻值為6 ，電阻r的阻值為2 。圖10(1)線圈的直流電阻rl_ 。(2)開關(guān)斷開時(shí)，該同學(xué)觀察到的現(xiàn)象是_，并計(jì)算開關(guān)斷開瞬間線圈產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢是_ v。解析：由圖像可知s閉合穩(wěn)定時(shí)il1.5 a，rlr 2 2 ，此時(shí)小燈泡的電流i1 a1 a。s斷開后，l、r、r1組成臨時(shí)回路電流由1.5 a逐漸減小，所以燈泡會(huì)閃亮一下再熄滅，自感電動(dòng)勢eil(rrlr1)15 v。答案：(1)2(2)燈泡閃亮一下后逐漸變暗，最后熄滅1512如圖11所示，燈泡l1和l2的規(guī)格均為“6 v3 w”，l3為“6 v6 w”，電源電動(dòng)勢為8 v，線圈l的自感系數(shù)很