新教材2025版高中物理第二章電磁感應及其應用4.自感學生用書教科版選擇性必修第二冊

4.自感課標要求1．了解自感現象，理解自感電動勢對電路中電流的影響．2．知道自感系數，會利用自感電動勢公式計算自感電動勢的大?。?．了解日光燈電路，知道日光燈電路中啟動器的作用．思維導圖必備學問·自主學習——突出基礎性素養(yǎng)夯基一、自感現象及自感系數1．自感現象：由于導體線圈本身的________發(fā)生變更而引起的電磁感應現象．2．通電自感和斷電自感電路現象自感電動勢的作用通電自感接通電源的瞬間，燈泡D2漸漸地變亮阻礙電流的________斷電自感斷開開關的瞬間，燈泡D閃亮一下后漸漸變暗或燈泡D漸漸變暗，直至熄滅阻礙電流的________3.自感電動勢在________中產生的電動勢叫作自感電動勢．4．自感系數(1)定義：描述通電線圈自身特性的物理量，又稱自感或電感．(2)物理意義：表示線圈產生自感電動勢本事大小的物理量．(3)大小的確定因素：與線圈的形態(tài)、直徑、匝數以及有無________等因素有關．(4)單位：國際單位是亨利，簡稱亨，符號是________，常用的還有毫亨(mH)和微亨(μH)，1H＝________mH＝________μH.二、自感現象的應用——日光燈1．組成________、________、________、導線和開關．2.燈管工作原理：管中氣體導電時發(fā)出________，________受其照耀時發(fā)出可見光．可見光的顏色由熒光粉的種類確定．3．啟動器啟動器的作用：________．4．鎮(zhèn)流器的作用日光燈啟動時，供應瞬時________；日光燈啟動后，________．[導學1](1)自感現象中的磁場能量：①線圈中電流從無到有時：磁場從無到有，電源的能量輸送給磁場，儲存在磁場中．②線圈中電流減小時：磁場中的能量釋放出來轉化為電能．(2)電的“慣性”：自感電動勢有阻礙線圈中電流變更的“慣性”．[導學2]只有線圈中電流發(fā)生變更時才能產生自感電動勢，電流不變時，沒有自感電動勢產生．[導學3]自感電動勢的作用是阻礙電流的變更，即電流增大時，自感電動勢方向與原電流方向相反，阻礙電流的增加；電流減小時，自感電動勢方向與原電流的方向相同，阻礙電流的減?。P鍵實力·合作探究——突出綜合性素養(yǎng)形成探究點一對自感現象的理解歸納總結1.對自感現象的分析思路(1)明確通過自感線圈的電流大小的變更狀況(是增大還是減小)．(2)依據“增反減同”，推斷自感電動勢的方向．(3)分析阻礙的結果：當電流增加時，由于自感電動勢的作用，線圈中的電流漸漸增大，與線圈串聯(lián)的元件中的電流也漸漸增大；當電流減小時，由于自感電動勢的作用，線圈中的電流漸漸減小，與線圈串聯(lián)的元件中的電流也漸漸減?。?．自感現象中，燈泡亮度變更的問題與線圈串聯(lián)的燈泡與線圈并聯(lián)的燈泡電路圖通電時電流漸漸增大，燈泡漸漸變亮電流I1突然變大，然后漸漸減小達到穩(wěn)定，燈泡突然變亮然后漸漸變暗，最終亮度不變斷電時電流漸漸減小，燈泡漸漸變暗，電流方向不變電路中穩(wěn)態(tài)電流為I1、I2，①若I2≤I1，燈泡漸漸變暗；②若I2＞I1，燈泡閃亮一下后漸漸變暗，兩種狀況燈泡電流方向均變更典例示范例1(多選)在如圖所示的甲、乙電路中，電阻R和燈泡電阻的阻值相等，自感線圈L的電阻值可認為是0.在接通開關S時，則()A．在電路甲中，A將漸漸變亮B．在電路甲中，A將先變亮，然后漸漸變暗C．在電路乙中，A將漸漸變亮D．在電路乙中，A將先由亮漸漸變暗，然后熄滅素養(yǎng)訓練1(多選)如圖所示，燈A、B完全相同，帶鐵芯的線圈L的電阻可忽視，則()A．S閉合的瞬間，燈A、B同時發(fā)光，接著燈A變暗，燈B更亮，最終燈A熄滅B．S閉合瞬間，燈A不亮，燈B馬上亮C．S閉合瞬間，燈A、B都不馬上亮D．穩(wěn)定后再斷開S的瞬間，燈B馬上熄滅，燈A閃亮一下再熄滅素養(yǎng)訓練2如圖所示，電路中電源的內阻不能忽視，電阻R的阻值和線圈L的自感系數都很大，A、B為兩個完全相同的燈泡，當S閉合時，下列說法正確的是(線圈L的直流電阻較小)()A．A比B先亮，然后A滅B．B比A先亮，然后B漸漸變暗C．A、B一起亮，然后A滅D．A、B一起亮，然后B滅探究點二對日光燈原理的理解歸納總結1.開關閉合后，啟動器動觸片與靜觸片接觸，使燈絲和鎮(zhèn)流器線圈中有電流流過，使燈絲預熱．2．電路接通后，啟動器中的氖氣停止放電，U形動觸片冷卻收縮，兩個觸片分別，電路自動斷開．在電路突然斷開的瞬間，由于鎮(zhèn)流器中的電流急劇減小，會產生很高的自感電動勢，方向與原來的電壓方向相同，自感電動勢與電源電壓一起加在燈管兩端，形成一個瞬時高電壓，使燈管中的氣體擊穿，于是日光燈起先發(fā)光．3．日光燈正常發(fā)光后，由于交變電流通過鎮(zhèn)流器線圈，線圈中會產生自感電動勢，它總是阻礙電流變更，鎮(zhèn)流器起降壓限流的作用，保證日光燈正常發(fā)光．典例示范例2(多選)啟動器由電容器和氖管兩大部分組成，其中氖管中充有氖氣，內部有靜觸片和U形動觸片，通常動、靜觸片不接觸，有一個小縫隙．下列說法中正確的是()A．當電源的電壓加在啟動器兩極時，氖氣放電并產生熱量，導致U形動觸片受熱膨脹B．當電源的電壓加在啟動器兩極后，啟動器的兩個觸片才接觸，使電路有電流通過C．電源的電壓加在啟動器兩極前，啟動器的兩個觸片就接觸著，電路就已經有電流通過D．當電路接通后，兩個觸片冷卻，兩個觸片重新分別名師點撥鎮(zhèn)流器作用的兩點說明(1)日光燈管在啟動時須要500～700V的瞬時高壓，這個高壓是由鎮(zhèn)流器產生的自感電動勢與電源電壓疊加后產生的．(2)當燈管正常發(fā)光后，它的電阻變得很小，允許通過較小的電流，須要加在它兩端的電壓變小，鎮(zhèn)流器這時又起到給燈管降壓限流的作用．素養(yǎng)訓練3(多選)如下圖所示的四個日光燈的接線圖中，S1為啟動器，S2為開關，L為鎮(zhèn)流器，能使日光燈正常發(fā)光的是()素養(yǎng)訓練4若將圖甲中啟動器換為開關S1，并給鎮(zhèn)流器并聯(lián)一個開關S2，如圖乙所示，則下列敘述正確的是()A．只把S3接通，日光燈就能正常發(fā)光B．把S3、S1接通后，S2不接通，日光燈就能正常發(fā)光C．S2不接通，接通S3、S1后，再斷開S1，日光燈就能正常發(fā)光D．當日光燈正常發(fā)光后，再接通S2，日光燈仍能正常發(fā)光隨堂演練·自主檢測——突出創(chuàng)新性素養(yǎng)達標1．關于線圈中自感電動勢大小的說法正確的是()A．電感肯定時，電流變更越大，自感電動勢越大B．電感肯定時，電流變更越快，自感電動勢越大C．通過線圈的電流為零的瞬間，自感電動勢最大D．通過線圈的電流為最大值的瞬間，自感電動勢最大2．(多選)如圖所示，將兩端刮掉絕緣漆的導線繞在一把銼刀上，一端接上電池(電池另一極與銼刀接觸)，手持導線的另一端，在銼刀上來回劃動，由于銼刀表面凹凸不平，就會產生電火花，下列說法中正確的是()A．產生電火花的回路只由導線與電池組成B．導線端向兩個方向劃動時都能產生電火花C．銼刀采納什么材料制成對試驗沒有影響D．自感電動勢的方向與導線端劃動的方向無關3.在如圖所示的電路中，a、b、c為三個完全相同的燈泡，L是一個自感系數很大、直流電阻為零的線圈，E為電源，S為開關．關于三個燈泡，下列說法正確的是()A．合上開關，c、b先亮，a后亮B．合上開關一會后，a、b、c一樣亮C．斷開開關，b、c同時熄滅，a緩慢熄滅D．斷開開關，c立刻熄滅，b閃一下后和a一起緩慢熄滅4．下列關于日光燈的說法中正確的是()A．日光燈是常用的照明燈具之一，它所消耗的電功率僅為相同亮度白熾燈的15～B．燈管內氣體的擊穿電壓和正常工作電壓都是220VC．燈管發(fā)光是由于管內的氣體被加熱到炙熱狀態(tài)，發(fā)出的光D．讓日光燈正常工作，必需始終給其供應比220V高許多的電壓5．圖甲和圖乙是演示自感現象的兩個電路圖，L1和L2為電感線圈．試驗時，斷開開關S1瞬間，燈A1突然閃亮，隨后漸漸變暗；閉合開關S2，燈A2漸漸變亮，而另一個相同的燈A3馬上變亮，最終A2與A3的亮度相同．下列說法正確的是()A．圖甲中，A1與L1的電阻值相同B．圖甲中，閉合S1，電路穩(wěn)定后，A1中電流大于L1中電流C．圖乙中，變阻器R接入電路的阻值與L2的電阻值相同D．圖乙中，閉合S2瞬間，L2中電流與變阻器R中電流相等4．自感必備學問·自主學習一、1．電流2．增加減小3．自感現象4．(3)鐵芯(4)H103106二、1．燈管鎮(zhèn)流器啟動器2．紫外線熒光粉3．通斷電路4．高壓降壓限流關鍵實力·合作探究探究點一【典例示范】例1解析：在電路甲中，當接通開關S時，通過與燈泡相連的自感線圈的電流突然增大，由于線圈的自感現象，起先時，自感線圈產生一個很大的自感電動勢來阻礙電流的流入，流入燈泡的電流很??；后來由于電流的不斷流入，通過自感線圈的電流變更漸漸變慢，所以自感線圈的阻礙作用漸漸減小；當流過線圈的電流最大時，自感線圈不再有阻礙作用，所以通過燈泡的電流只能漸漸增大，A正確，B錯誤；在電路乙中，當接通開關S時，通過自感線圈的電流突然增大，由于線圈的自感現象，起先時，自感線圈就產生一個很大的自感電動勢來阻礙電流的流入，流入線圈的電流很小(可認為是0)，電路中的電流可以認為都是從燈泡通過的，以后自感線圈的阻礙作用漸漸減小，通過自感線圈的電流漸漸增大，而通過燈泡的電流漸漸減小，直到流過線圈的電流最大時，自感線圈不再有阻礙作用，又因為自感線圈L的電阻值可認為是0，所以燈泡被短路，C錯誤，D正確．答案：AD素養(yǎng)訓練1解析：S接通的瞬間，L所在支路中電流從無到有發(fā)生變更，因此，L中產生的自感電動勢阻礙電流增加．由于有鐵芯，自感系數較大，對電流的阻礙作用也就很強，所以S接通的瞬間L中的電流特別小，即干路中的電流幾乎全部流過燈A，所以燈A、B會同時亮；又由于L中電流漸漸穩(wěn)定，感應電動勢漸漸消逝，燈A漸漸變暗，線圈的電阻可忽視，對燈A起到“短路”作用，因此燈A最終熄滅．這個過程電路的總電阻比剛接通時小，由恒定電流學問可知，燈B會更亮．穩(wěn)定后S斷開瞬間，由于線圈的電流較大，L與燈A組成回路，燈A要閃亮一下再熄滅，燈B馬上熄滅．綜上所述，選項A、D正確．答案：AD素養(yǎng)訓練2解析：S閉合時，由于與A燈串聯(lián)的線圈L的自感系數很大，故在線圈上產生很大的自感電動勢，阻礙電流的增大，所以B比A先亮，穩(wěn)定后，流過B燈支路的電流變小，所以B燈漸漸變暗，B正確．答案：B探究點二【典例示范】例2解析：依據日光燈的工作原理可知，電源把電壓加在啟動器的兩極之間，使氖氣放電而發(fā)出輝光，輝光產生熱量使U形動觸片膨脹伸長，跟靜觸片接觸把電路接通．電路接通后，啟動器的氖氣停止放電，U形動觸片冷卻收縮，兩個觸片分開，電路自動斷開．綜上所述，A、B、D正確．答案：ABD素養(yǎng)訓練3解析：日光燈工作時，電流通過鎮(zhèn)流器、燈絲、電源和啟動器形成回路，使啟動器發(fā)出輝光，相當于啟動器短路接通，同時電流加熱燈絲，燈絲放射電子，鎮(zhèn)流器起限制加熱電流的作用；之后啟動器斷開瞬間，鎮(zhèn)流器產生很大的自感電動勢，出現一個高電壓加在燈管兩端，燈管中的氣體放電、發(fā)光，此時啟動器已無作用．所以啟動器可用手動的開關來代替(實際操作時，當啟動器丟失或損壞時，可將連接啟動器的兩個線頭短接然后再斷開)．綜上所述，A、C正確．答案：AC素養(yǎng)訓練4解析：一般日光燈啟動時，瞬間把電源、燈絲、鎮(zhèn)流器接通，然后自動斷開，靠鎮(zhèn)流器產生瞬時高壓，使燈管內氣體導電，所以啟動時既要使題圖乙中S3閉合，又需使S1瞬間閉合再斷開，A、B錯誤，C正確；正常工作時鎮(zhèn)流器起降壓限流作用，若把題圖乙中S2閉合，則鎮(zhèn)流器失去作用，日光燈不能正常工作，D錯誤．答案：C隨堂演練·自主檢測1．解析：由E＝LΔIΔt答案：B2．解析：由圖可知，產生電火花的回路由導線、銼刀與電池組成，A錯誤；手持導線的另一端，在銼刀上來回劃動時產生電火花，是由于電路時通時斷，在回路中產生自感電動勢，與導線運動的方向無關，即導線端向兩個方向劃動時都能產生電火花，B正確；產生電火花的回路由導線、銼刀與電池組成，假如銼刀是絕緣體，則試驗不能完成，C錯誤；自感電動勢的方向依據楞次定律判定，與導線端劃動的方向無關，D正確．答案：BD3．解析：開關S閉合瞬間，因線圈L的電流增大，導致出現自感電動勢，阻礙電流的增大，則b、c先亮，a后亮，故A正確；合上開關一會后，因線圈中電流恒定，則線圈L相當于導線，所以a、b一樣亮，c的電流是a、b的電流之和，故c比a、b更亮，故B錯誤；斷開開關S的瞬間，由自感的特性可知L和a、b組成的回路中有電流，導致a、b一起緩慢熄滅，