高中物理第1章第6節(jié)自感學(xué)案教科版選修

1、學(xué)案8自感目標(biāo)定位 1.能夠通過電磁感應(yīng)的有關(guān)規(guī)律分析通電自感和斷電自感現(xiàn)象.2.了解自感電動(dòng)勢的表達(dá)式ELLeq f(I,t)，知道自感系數(shù)的決定因素.3.了解日光燈結(jié)構(gòu)及工作原理一、自感現(xiàn)象問題設(shè)計(jì)1通電自感：如圖1所示，開關(guān)S閉合的時(shí)候兩個(gè)燈泡的發(fā)光情況有什么不同？圖1答案燈泡D2立即正常發(fā)光，燈泡D1逐漸亮起來2斷電自感：如圖2所示，先閉合開關(guān)使燈泡發(fā)光，然后斷開開關(guān)圖2(1)開關(guān)斷開前后，流過燈泡的電流方向有何關(guān)系？(2)在開關(guān)斷開后，有時(shí)燈泡閃亮一下再熄滅，有時(shí)燈泡只會緩慢變暗直至熄滅，請分析上述兩種現(xiàn)象的原因是什么？答案(1)S閉合時(shí)，燈泡D中電流方向向左，S斷開瞬間，燈泡D中電

2、流方向向右，所以開關(guān)S斷開前后，流過燈泡的電流方向相反(2)在開關(guān)斷開后燈泡又閃亮一下的原因是燈泡斷電后自感線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流比電源對燈泡供電的電流大要想使燈泡閃亮一下再熄滅，就必須使自感線圈的電阻小于與之并聯(lián)的燈泡的電阻而當(dāng)自感線圈的電阻大于燈泡的電阻時(shí)，燈泡只會延遲一段時(shí)間再熄滅要點(diǎn)提煉1定義：由于導(dǎo)體線圈本身的電流發(fā)生變化而引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，叫做自感在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢叫做自感電動(dòng)勢2對通電自感和斷電自感現(xiàn)象的分析自感電動(dòng)勢總是阻礙線圈中電流的變化，但不能阻止線圈中電流的變化(1)通電瞬間自感電動(dòng)勢阻礙電流的增加，與自感線圈串聯(lián)的燈泡在通電后會逐漸變亮，直到穩(wěn)定通電瞬間自感線圈處

3、相當(dāng)于斷路，電流穩(wěn)定時(shí)自感線圈相當(dāng)于導(dǎo)體(2) 斷電時(shí)自感線圈處相當(dāng)于電源，若斷電前，自感線圈電流IL大于燈泡的電流I燈，則燈泡會閃亮一下再熄滅；若斷電前自感線圈中的電流IL小于燈泡中的電流I燈，則不會出現(xiàn)閃亮，而是逐漸熄滅要注意斷電前后通過燈泡的電流方向是否變化(均選填“大于”或“小于”)二、自感系數(shù)問題設(shè)計(jì)請閱讀教材“自感系數(shù)”的內(nèi)容并回答下列問題(1)自感電動(dòng)勢的大小取決于哪些因素？(2)自感系數(shù)與什么有關(guān)？答案(1)自感電動(dòng)勢的大小與電流變化的快慢和自感系數(shù)有關(guān)(2)自感系數(shù)跟線圈的形狀、體積、匝數(shù)等因素有關(guān)，另外還與有無鐵芯有關(guān)要點(diǎn)提煉1自感電動(dòng)勢的大?。篍LLeq f(I,t)，其

4、中L是自感系數(shù)，簡稱自感或電感，單位：享利，符號H.1 mH103 H；1 H106 H.2自感系數(shù)的決定因素：由線圈本身性質(zhì)決定，與線圈的形狀、體積、匝數(shù)以及是否有鐵芯等因素有關(guān)，與EL、I、t等無關(guān)三、日光燈問題設(shè)計(jì)1自感現(xiàn)象可分為斷電自感和通電自感，在使日光燈管啟動(dòng)的過程中，應(yīng)用了哪種自感現(xiàn)象？答案斷電自感2仔細(xì)閱讀教材，你認(rèn)為啟動(dòng)器在日光燈電路中的作用是什么？答案啟動(dòng)器在日光燈電路中相當(dāng)于一個(gè)自動(dòng)開關(guān)3鎮(zhèn)流器在日光燈的啟動(dòng)及正常工作時(shí)各起什么作用？答案當(dāng)啟動(dòng)日光燈時(shí)，由于啟動(dòng)器的兩個(gè)觸片的分離，鎮(zhèn)流器中的電流急劇減小，會產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢，這個(gè)自感電動(dòng)勢與電源電壓加在一起，形成一個(gè)瞬

5、時(shí)高電壓加在燈管兩端，使燈管中的氣體放電，日光燈被點(diǎn)亮日光燈管發(fā)光后，電阻小，要求電流小，且日光燈管是用交流電源(大小與方向都隨時(shí)間變化的電流)供電，此時(shí)鎮(zhèn)流器產(chǎn)生自感電動(dòng)勢，阻礙電流變化，從而在燈管正常發(fā)光時(shí)起到降壓限流的作用，保證日光燈管的正常工作要點(diǎn)提煉1啟動(dòng)器在日光燈電路中的作用為自動(dòng)開關(guān)2當(dāng)啟動(dòng)日光燈時(shí)，鎮(zhèn)流器利用自感現(xiàn)象產(chǎn)生瞬時(shí)高電壓；當(dāng)日光燈正常發(fā)光時(shí)，鎮(zhèn)流器又利用自感現(xiàn)象，起到降壓限流作用一、自感現(xiàn)象的分析例1如圖3所示，電感線圈L的自感系數(shù)足夠大，其直流電阻忽略不計(jì)，LA、LB是兩個(gè)相同的燈泡，且在下列實(shí)驗(yàn)中不會燒毀，電阻R2的阻值約等于R1的兩倍，則 ()圖3A閉合開關(guān)S時(shí)

6、，LA、LB同時(shí)達(dá)到最亮，且LB更亮一些B閉合開關(guān)S時(shí)，LA、LB均慢慢亮起來，且LA更亮一些C斷開開關(guān)S時(shí)，LA慢慢熄滅，LB馬上熄滅D斷開開關(guān)S時(shí)，LA慢慢熄滅，LB閃亮后才慢慢熄滅解析由于燈泡LA與線圈L串聯(lián)，燈泡LB與電阻R2串聯(lián)，當(dāng)S閉合的瞬間，通過線圈的電流突然增大，線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢，阻礙電流的增加，所以LB先亮，A、B錯(cuò)誤；由于LA所在的支路電阻阻值偏小，故穩(wěn)定時(shí)電流大，即LA更亮一些，當(dāng)S斷開的瞬間，線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢，兩燈組成的串聯(lián)電路中，電流從線圈中原來的電流開始減小，即從IA開始減小，故LA慢慢熄滅，LB閃亮后才慢慢熄滅，C錯(cuò)誤，D正確答案D思路點(diǎn)撥(1)分析自感電流的

7、大小時(shí)，應(yīng)注意“L的自感系數(shù)足夠大，其直流電阻忽略不計(jì)”這一關(guān)鍵語句；(2)電路接通瞬間，自感線圈相當(dāng)于斷路；(3)電路斷開瞬間，回路中電流從L中原來的電流開始減小二、自感現(xiàn)象的圖像問題例2如圖4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，現(xiàn)將S突然斷開，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4解析開關(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，自感線圈的支路由于自感現(xiàn)象會產(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，且同燈泡D構(gòu)成回路，通過燈泡D的電流和線圈L中的電

8、流相同，也應(yīng)該是從2 A逐漸減小到零，但是方向與原來通過燈泡D的電流方向相反，D對答案D三、對日光燈工作原理的理解例3如圖5所示是日光燈的結(jié)構(gòu)示意圖，若按圖示的電路連接，關(guān)于日光燈發(fā)光的情況，下列敘述中正確的是()圖5AS1接通，S2、S3斷開，日光燈就能正常發(fā)光BS1、S2接通，S3斷開，日光燈就能正常發(fā)光CS3斷開，接通S1、S2后，再斷開S2，日光燈就能正常發(fā)光D當(dāng)日光燈正常發(fā)光后，再接通S3，日光燈仍能正常發(fā)光解析當(dāng)S1接通，S2、S3斷開時(shí)，電源電壓220 V直接加在燈管兩端，達(dá)不到燈管啟動(dòng)的高壓值，日光燈不能發(fā)光，選項(xiàng)A錯(cuò)誤當(dāng)S1、S2接通，S3斷開時(shí)，燈絲兩端被短路，電壓為零，不

9、能使氣體電離導(dǎo)電，日光燈不能發(fā)光，選項(xiàng)B錯(cuò)誤當(dāng)日光燈正常發(fā)光后，再接通S3，則鎮(zhèn)流器被短路，燈管兩端電壓過高，會損壞燈管，選項(xiàng)D錯(cuò)誤只有當(dāng)S1、S2接通，燈絲被預(yù)熱，發(fā)出電子，再斷開S2，鎮(zhèn)流器中產(chǎn)生很大的自感電動(dòng)勢，和原電壓一起加在燈管兩端，使氣體電離，日光燈正常發(fā)光，選項(xiàng)C正確答案C自感現(xiàn)象eq blcrc (avs4alco1(自感：由于導(dǎo)體線圈本身的電流發(fā)生變化而引起,的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,自感電動(dòng)勢blcrc (avs4alco1(公式：ELLf(I,t),自感系數(shù)：與線圈的體積、形狀、,匝數(shù)及有無鐵芯等因素有關(guān)),日光燈blcrc (avs4alco1(構(gòu)造：燈管、鎮(zhèn)流器、啟動(dòng)器,原理：

10、自感現(xiàn)象)1. (自感現(xiàn)象的分析)如圖6所示電路中，、是兩只相同的電流表，電感線圈L的直流電阻與電阻R的阻值相等下列判斷正確的是()圖6A開關(guān)S接通的瞬間，電流表的讀數(shù)大于的讀數(shù)B開關(guān)S接通的瞬間，電流表的讀數(shù)小于的讀數(shù)C開關(guān)S接通，電路穩(wěn)定后再斷開的瞬間，電流表的讀數(shù)大于的讀數(shù)D開關(guān)S接通，電路穩(wěn)定后再斷開的瞬間，電流表的讀數(shù)等于的讀數(shù)答案BD2(自感現(xiàn)象的分析)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7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

11、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7A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)較大答案C解析從實(shí)物連接圖中可以看出，線圈L與小燈泡并聯(lián)，斷開開關(guān)S時(shí)，小燈泡A中原來的電流立即消失，線圈L與小燈泡組成閉合回路，由于自感，線圈中的電流逐漸變小，使小燈泡中的電流反向且與線圈中電流大小相同，小燈泡未閃亮說明斷開S前，流過線圈的電流與小燈泡的電流相同或較小，原因可能是線圈電阻偏大，故選項(xiàng)C正確3. (自感現(xiàn)象的圖像問題)某線圈中通有如圖8所示的電流，則線圈中自感電動(dòng)勢改變方向的時(shí)刻有()圖8A第1 s末B第2 s末C第3 s末D第4 s

12、末答案BD解析自感電動(dòng)勢ELLeq f(I,t)，當(dāng)電流的變化率為零時(shí)，自感電動(dòng)勢的方向發(fā)生變化由題圖可知t2 s和t4 s時(shí)eq f(I,t)為零，故選項(xiàng)B、D正確4(對日光燈工作原理的理解)如圖所示，S為啟動(dòng)器，L為鎮(zhèn)流器，其中日光燈的接線圖正確的是()答案A解析根據(jù)日光燈的工作原理，要想使日光燈發(fā)光，燈絲需要預(yù)熱發(fā)出電子，燈管兩端應(yīng)有瞬時(shí)高壓，這兩個(gè)條件缺一不可當(dāng)啟動(dòng)器動(dòng)、靜觸片分離后，選項(xiàng)B中燈管和電源斷開，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；選項(xiàng)C中，當(dāng)啟動(dòng)器動(dòng)、靜觸片分離后，鎮(zhèn)流器與燈管斷開，無法將瞬時(shí)高壓加在燈管兩端，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；選項(xiàng)D中燈絲左、右端分別被短接，無法預(yù)熱放出電子，不能使燈管內(nèi)氣體導(dǎo)電，選

13、項(xiàng)D錯(cuò)誤.題組一自感現(xiàn)象的分析1關(guān)于線圈的自感系數(shù)，下列說法正確的是()A線圈的自感系數(shù)越大，自感電動(dòng)勢就一定越大B線圈中電流等于零時(shí)，自感系數(shù)也等于零C線圈中電流變化越快，自感系數(shù)越大D線圈的自感系數(shù)由線圈本身的性質(zhì)及有無鐵芯決定答案D解析自感系數(shù)是由線圈的體積、形狀、匝數(shù)、有無鐵芯等因素決定的，故B、C錯(cuò)，D對；自感電動(dòng)勢不僅與自感系數(shù)有關(guān)，還與電流變化快慢有關(guān)，故A錯(cuò)2. 如圖1所示，L為自感系數(shù)較大的線圈，電路穩(wěn)定后燈A正常發(fā)光，當(dāng)斷開開關(guān)S的瞬間會有()圖1A燈A立即熄滅B燈A慢慢熄滅C燈A突然閃亮一下再慢慢熄滅D燈A突然閃亮一下再突然熄滅答案A解析當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，由于通過自感線圈的

14、電流從有變到零，線圈將產(chǎn)生自感電動(dòng)勢，但由于線圈L與燈A串聯(lián)，在S斷開瞬間，不能形成閉合回路，因此燈A在開關(guān)斷開瞬間，立即熄滅3. 如圖2所示，兩個(gè)電阻阻值均為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I0eq f(E,2R)，現(xiàn)將S閉合，于是電路中產(chǎn)生了自感電動(dòng)勢，此自感電動(dòng)勢的作用是 ()圖2A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答案D解析S閉合，電路中電阻減小，電流增大，線圈產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢的作用是阻礙原電流的增大，A錯(cuò)；阻礙電流增大，

15、不是不讓電流增大，而是讓電流增大的速度變慢，B、C錯(cuò)；最后達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，電路中電流為Ieq f(E,R)2I0，故D正確4. 如圖3所示的電路中，線圈L的自感系數(shù)足夠大，其直流電阻忽略不計(jì)，A、B是兩個(gè)相同的燈泡，下列說法中正確的是()圖3AS閉合后，A、B同時(shí)發(fā)光且亮度不變BS閉合后，A立即發(fā)光，然后又逐漸熄滅CS斷開的瞬間，A、B同時(shí)熄滅DS斷開的瞬間，A再次發(fā)光，然后又逐漸熄滅答案BD解析線圈對變化的電流有阻礙作用，開關(guān)接通時(shí)，A、B串聯(lián)， 同時(shí)發(fā)光，但電流穩(wěn)定后線圈的直流電阻忽略不計(jì)，使A被短路，所以A錯(cuò)誤，B正確；開關(guān)斷開時(shí)，線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢，與A構(gòu)成回路，A再次發(fā)光，然后又逐漸熄滅

16、，所以C錯(cuò)誤，D正確5如圖4所示甲、乙電路，電阻R和自感線圈L的電阻都很小接通S，使電路達(dá)到穩(wěn)定，燈泡A發(fā)光，則 ()圖4A在電路甲中，斷開S，A將漸漸變暗B在電路甲中，斷開S，A將先變得更亮，然后漸漸變暗C在電路乙中，斷開S，A將漸漸變暗D在電路乙中，斷開S，A將先變得更亮，然后漸漸變暗答案AD解析題圖甲中，A與電感線圈L在同一個(gè)支路中，流過的電流相同，斷開開關(guān)S時(shí)，電感線圈L中的自感電動(dòng)勢要維持原電流不變，所以開關(guān)斷開的瞬間，A的電流不變，以后電流漸漸變小，因此，A漸漸變暗，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤題圖乙中，A所在支路的電流比電感線圈所在支路的電流要小(因?yàn)殡姼芯€圈的電阻很小)，斷開開關(guān)S時(shí)，電

17、感線圈的自感電動(dòng)勢要阻礙電流的變小，此瞬間電感線圈中的電流不變，電感線圈相當(dāng)于一個(gè)電源給A供電，因此，反向流過A的電流瞬間要變大，然后漸漸變小，所以A將先閃亮一下，然后漸漸變暗，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確6如圖5所示，閉合電路中的螺線管可自由伸縮，螺線管有一定的長度，這時(shí)燈泡具有一定的亮度，若將一軟鐵棒從螺線管左邊迅速插入螺線管內(nèi)，則將看到()圖5A燈泡變暗 B燈泡變亮C螺線管縮短 D螺線管伸長答案AD解析當(dāng)軟鐵棒插入螺線管中，軟鐵棒被磁化，穿過螺線管的磁通量增加，故產(chǎn)生反向的自感電動(dòng)勢，所以電流減小，燈泡變暗，每匝線圈間同向電流的作用力減小，故螺線管伸長7. 在制作精密電阻時(shí)，為了消除使用過程中由于

18、電流變化而引起的自感現(xiàn)象，采取了雙線繞法，如圖6所示，其道理是()圖6A當(dāng)電路中的電流變化時(shí)，兩股導(dǎo)線中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢相互抵消B當(dāng)電路中的電流變化時(shí)，兩股導(dǎo)線中產(chǎn)生的感應(yīng)電流互相抵消C當(dāng)電路中的電流變化時(shí)，兩股導(dǎo)線中產(chǎn)生的磁通量互相抵消D當(dāng)電路中的電流變化時(shí)，電流的變化量相互抵消答案C解析能否有感應(yīng)電動(dòng)勢，關(guān)鍵在于穿過回路的磁通量是否變化由于導(dǎo)線是雙線繞法，使穿過回路的磁通量等于零，無論通過的電流變化與否，磁通量均為零不變，所以不存在感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流題組二自感現(xiàn)象的圖像問題8在如圖7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)

19、節(jié)R，使L1和L2發(fā)光的亮度一樣，此時(shí)流過兩個(gè)燈泡的電流均為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)，下列選項(xiàng)中能正確反映流過L1的電流i1、流過L2的電流i2隨時(shí)間t變化的圖像的是()圖7答案B解析與滑動(dòng)變阻器R串聯(lián)的L2，沒有自感，直接變亮，電流變化圖像如A中圖線，C、D錯(cuò)誤與帶鐵芯的電感線圈串聯(lián)的L1，由于自感，電流逐漸變大，A錯(cuò)誤，B正確9. 如圖8所示的電路中，電源的電動(dòng)勢為E，內(nèi)阻為r，電感線圈L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8答

20、案B解析在t0時(shí)刻閉合開關(guān)S，由于電感線圈L產(chǎn)生自感電動(dòng)勢，阻礙電流通過，電源輸出電流較小，路端電壓較高，經(jīng)過一段時(shí)間電路穩(wěn)定后，電源輸出電流較大，路端電壓較低在tt1時(shí)刻斷開S，電感線圈L產(chǎn)生自感電動(dòng)勢，與燈泡D構(gòu)成閉合回路，燈泡D中有反向電流通過，所以表示A、B兩點(diǎn)間電壓UAB隨時(shí)間t變化的圖像中正確的是B.10. 如圖9所示，電源的電動(dòng)勢為E10 V，內(nèi)阻不計(jì)，L與R的電阻值均為5 ，兩燈泡的電阻值均為RS10 .圖9(1)求斷開S的瞬間，燈泡L1兩端的電壓；(2)定性畫出斷開S前后一段時(shí)間內(nèi)通過L1的電流隨時(shí)間的變化規(guī)律答案(1)10 V(2)見解析圖解析(1)電路穩(wěn)定工作時(shí)，由于a、

21、b兩點(diǎn)的電勢相等，導(dǎo)線ab上無電流通過因此通過L的電流為ILeq f(E,2R)eq f(10,10) A1 A流過L1的電流為ISeq f(E,2RS)eq f(10,20) A0.5 A斷開S的瞬間，由于線圈要想維持IL不變，而與L1組成閉合回路，因此通過L1的最大電流為1 A.所以此時(shí)L1兩端的電壓為UILRS10 V(正常工作時(shí)為5 V)(2)斷開S前，流過L1的電流為0.5 A 不變，而斷開S的瞬間，通過L1的電流突變?yōu)? A，且方向也發(fā)生變化，然后漸漸減小到零，所以它的圖像如圖所示(t0為斷開S的時(shí)刻)注：從t0開始，電流持續(xù)的時(shí)間實(shí)際上一般是很短的題組三對日光燈工作原理的理解11在日光燈電路中接有啟動(dòng)器、鎮(zhèn)流器和日光燈管，下列說法中正確的是()A日光燈點(diǎn)亮后，鎮(zhèn)流器、啟動(dòng)器都不起作用B鎮(zhèn)流器在點(diǎn)亮燈管時(shí)產(chǎn)生瞬時(shí)高壓，點(diǎn)