高中物理第2章楞次定律和自感现象2自感课件鲁科版选修3_2-57张 57页

第 2 节 　 自　　感 一、自感现象和自感电动势 1. 自感现象 : 由导体 ___________ 变化所产生的电磁感 应现象。 2. 自感电动势 : (1) 定义 : 由导体 _________ 变化所产生的感应电动势。 (2) 特点 : 总是阻碍导体中原电流的 _____ 。 自身的电流 自身电流 变化 二、自感电动势与自感系数 自 感 电 动 势 方向 原电流增大时 , 与原电流方向 _____; 原电流 减小时 , 与原电流方向 _____ 作用 阻碍自身电流 _________ 大小 E=L , 与 ___________ 成正比 相反 相同 发生变化 电流变化率 自 感 系 数 物理 意义 表征产生 ___________ 本领的大小 大小决 定因素 线圈的形状、 _________ 、 _____ 、匝数等 单位 (1) 亨 (H) 、 _________ 、 __________ (2)1 H=________ (3)1 mH=____ H 　 1 μ H=____ H 自感电动势 横截面积 长短 毫亨 (mH) 微亨 (μH) 1V·s/A 10 -3 10 -6 【 思考辨析 】 (1) 由于导体自身电流变化所产生的感应电动势叫自感 电动势。 ( 　　 ) (2) 自感现象属于电磁感应现象。 ( 　　 ) (3) 自感电动势一定与原电流反向。 ( 　　 ) (4) 当线圈中电流增加时 , 线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相同。 ( 　　 ) (5) 当线圈中有电流时 , 线圈中就有自感电动势。 ( 　　 ) (6) 不管电流如何变化 , 线圈的自感系数不变。 ( 　　 ) (7) 产生的自感电动势较大 , 说明自感系数较大。 ( 　　 ) 提示 : (1)√ 。由于导体自身电流变化所产生的感应电动势叫自感电动势。 (2)√ 。自感现象也是由于磁通量的变化产生感应电动势的现象 , 属于电磁感应现象。 (3)× 。自感电动势一定阻碍原电流的变化 , 不一定与原电流反向。 (4)× 。当线圈中电流增加时 , 线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反。 (5)× 。当线圈中有电流而且电流变化时 , 线圈中就有自感电动势。 (6)√ 。自感系数是线圈的特性 , 与电流的变化无关。 (7)× 。自感系数与线圈的形状、横截面积、长短、匝数等因素有关 , 产生的自感电动势较大 , 不能说明自感系数较大。 一　对自感现象的理解 【 典例 】 (2019· 龙岩高二检测 ) 如图所示的电路中 , 两 个相同的电流表 G 1 和 G 2 , 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 , 下列说法中正确的是 ( 　　 ) A.G 1 指针向右摆 ,G 2 指针向左摆 B.G 1 指针向左摆 ,G 2 指针向右摆 C.G 1 、 G 2 的指针都向右摆 D.G 1 、 G 2 的指针都向左摆 【 解题探究 】 (1) 自感电动势总是阻碍 导体中 _____________ 。 (2) 通电瞬间 , 感应电流方向与原电流方向 _____; 断电 瞬间 , 感应电流方向与原电流方向 _____ 。 原电流的变化 相反 相同 【 解析 】 选 A 。在电路接通后再断开开关 S 的瞬间 , 由于线圈 L 中的原电流突然减小 , 线圈 L 中产生自感现象 , 线圈中的电流逐渐减小 , 电流流经 L 、 G 2 、 R 、 G 1 , 方向为顺时针 , 由于从表 G 1 的“ +” 接线柱流入 , 表 G 2 的“ -” 接线柱流入 , 因此 G 1 指针右偏 , 表 G 2 的指针左偏 , 答案选 A 。 【 核心归纳 】 1. 自感现象的原理 : 当导体线圈中的电流发生变化时 , 电流产生的磁场也随之变化 , 引起线圈中磁通量发生变化 , 由法拉第电磁感应定律可知 , 线圈会产生阻碍自身电流变化的自感电动势。 2. 对自感电动势的理解 : (1) 作用 : 阻碍原电流的变化。阻碍不是阻止 , 原电流仍在变化 , 只是使原电流的变化时间变长 , 即总是起着推迟电流变化的作用。 (2) 方向 : 总是阻碍引起自感电动势的原电流的变化 , 有“增反减同”的特点。 ①当原电流增大时 , 自感电动势的方向与原电流方向相反。 ②当原电流减小时 , 自感电动势的方向与原电流方向相同。 (3) 大小 : 由电流变化的快慢 ( 即电流的变化率 ) 和线圈 的自身结构 ( 自感系数 ) 共同决定 , 即 E=L 。 3. 自感现象的三个状态 : (1) 通电瞬间状态 : 通电瞬间自感线圈相当于一个阻值无穷大的电阻 , 其所在的支路相当于断路。 (2) 通电稳定状态 : 电路中电流稳定后 , 自感线圈相当于一段理想导线或纯电阻。 (3) 断电瞬间状态 : 电路刚断开瞬间 , 自感线圈相当于一个电源 , 对能够与它组成闭合回路的用电器供电 , 并且刚断开电路的瞬间通过自感线圈的电流大小和方向与电路稳定时通过自感线圈的电流大小和方向相同。 4. 自感现象的分析 : 与线圈串联的灯泡 与线圈并联的灯泡 电路图 通电时 电流逐渐增大 , 灯泡逐渐变亮 电流突然变大 , 然后逐渐减小达到稳定 与线圈串联的灯泡 与线圈并联的灯泡 断电时 电流逐渐减小 灯泡逐渐变暗 电流方向不变 电路中稳态电流为 I 1 、 I 2 ① 若 I 2 ≤I 1 , 灯泡逐渐变暗 ②若 I 2 >I 1 , 灯炮闪亮后逐渐变暗 两种情况灯泡电流方向均改变 【 过关训练 】 1.(2019· 厦门高二检测 ) 如图所示 ,R 1 、 R 2 的阻值均为 R, 电感线圈 L 的电阻及电池内阻均可忽略不计 ,S 原来断 开 , 电路中电流 I 0 = 。现将 S 闭合 , 于是电路中产生自 感电动势 , 自感电动势的作用是 ( 　　 ) A. 使电路的电流减小 , 最后由 I 0 减小到零 B. 有阻碍电流增大的作用 , 最后电流小于 I 0 C. 有阻碍电流增大的作用 , 因而电流总保持不变 D. 有阻碍电流增大的作用 , 但电流最后还是变为 2I 0 【 解析 】 选 D 。当 S 闭合时 , 电路中电阻减小 , 电流增大 , 线圈的作用是阻碍电流的增大 ,A 错误 ; 阻碍电流增大 , 不是不让电流增大 , 而是让电流增大的速度减缓 ,B 、 C 错误 ; 最后达到稳定时 ,I= =2I 0 , 故选项 D 正确。 2.(2019· 泉州高二检测 ) 如图所示 ,L 为一纯电感线圈 ( 即电阻为零 ) 。 A 是一个灯泡 , 下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 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 闭合瞬间及稳定时 , 灯泡中均有从 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 【 解析 】 选 B 。开关 S 闭合瞬间 , 灯泡中的电流从 a 到 b, 线圈由于自感作用 , 通过它的电流将逐渐增加。开关 S 闭合后 , 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 ,A 错、 B 对 ; 开关 S 断开瞬间 , 由于线圈的自感作用 , 线圈中原有向右的电流将逐渐减小 , 线圈和灯泡形成回路 , 故灯泡中有从 b 到 a 的瞬间电流 ,C 、 D 错。 【 补偿训练 】 1. 关于自感现象 , 下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 线圈中产生的自感电动势较大 , 其自感系数一定较大 B. 对于同一线圈 , 当电流变化较快时 , 线圈的自感系数也较大 C. 对于同一线圈 , 当电流变化越大时 , 线圈中产生的自感电动势越大 D. 对于同一线圈 , 当电流的变化率越大时 , 线圈中产生的自感电动势就越大 【 解析 】 选 D 。线圈中产生的自感电动势 E 与两方面的因素有关 : 一是线圈中电流的变化率 , 二是线圈的自感系数 ,A 项错误 ; 对于同一线圈 , 其自感系数是一定的 , 与线圈中有无电流及电流变化的快慢没有关系 ,B 项错误 ; 在自感系数一定的情况下 , 自感电动势的大小只与线圈中电流的变化率成正比 , 而与电流的变化量的大小无关 ,C 项错误 ,D 项正确。 2. ( 多选 ) 如图所示 ,L 是一个纯电感线圈 ,R 为一个灯泡 , 下列说法中正确的是 ( 　　 ) A. 开关 S 闭合瞬间和断开瞬间 , 灯泡中都有从 a 到 b 的电流通过 B. 开关 S 闭合瞬间 , 灯泡中有从 a 到 b 的电流通过 , 断开瞬间则为从 b 到 a C. 开关 S 闭合瞬间 , 灯泡中有从 a 到 b 的电流通过 , 断开瞬间则没有电流通过 D. 开关 S 闭合和断开瞬间 , 灯泡中都有电流通过 【 解析 】 选 B 、 D 。开关 S 接通瞬间 ,L 相当于断路 , 有电流通过灯泡 , 电流方向由 a 到 b; 而断开瞬间 ,L 相当于电源 , 给灯泡供电 , 电流方向是从 b 到 a, 故 A 、 C 错误 ,B 、 D 正确。 二　两种自感现象及分析 【 典例 】 (2017· 北京高考 ) 图甲和图乙是教材中演示 自感现象的两个电路图 ,L 1 和 L 2 为电感线圈。 实验时， 断开开关 S 1 瞬间 ① ，灯 A 1 突然闪亮，随后逐渐变暗； 闭 合开关 S 2 ，灯 A 2 逐渐变亮 ② ，而另一个相同的灯 A 3 立即 变亮，最终 A 2 与 A 3 的亮度相同 ③ 。下列说法正确的是 A. 图甲中 ,A 1 与 L 1 的电阻值相同 B. 图甲中 , 闭合 S 1 , 电路稳定后 ,A 1 中电流大于 L 1 中电流 C. 图乙中 , 变阻器 R 与 L 2 的电阻值相同 D. 图乙中 , 闭合 S 2 瞬间 ,L 2 中电流与变阻器 R 中电流相等 【 审题关键 】 序号 信息提取 ① 稳定状态时 , 流经 L 1 的电流大于流经 A 1 的电流 ② 开关 S 2 闭合瞬间 ,L 2 电感线圈对电流有阻碍作用 ③ 通过 A 2 与 A 3 的电流相同 【 解析 】 选 C 。图甲中 , 断开开关 S 1 瞬间 , 灯 A 1 突然闪亮 , 所以断开开关 S 1 之前 , 电路处于稳定状态时 , 流经 L 1 的 电流大于流经 A 1 的电流 ,L 1 的电阻值小于 A 1 的阻值 ,A 、 B 选项错误 ; 图乙中 , 闭合开关 S 2 , 最终完全相同的灯 A 2 与 A 3 的亮度相同 , 即最终 A 2 与 A 3 的电流相同 , 所以变阻器 R 与 L 2 的电阻值相同 ,C 选项正确 ; 闭合 S 2 瞬间 ,L 2 对电流有 阻碍作用 ,L 2 中电流小于变阻器 R 中电流 ,D 选项错误。 【 核心归纳 】 1. 断电自感 : 实验电路 实验要求 电路稳定时 L 1 、 L 2 亮度相同 L 1 猛然亮一下再逐渐熄灭 L 2 立 刻熄灭 R 0 为纯电阻 , 不产生自感现象 ,L 2 立即熄灭。 L 为自感系数较大的线圈 , 断开 S 后 ,L 中产生自感电动势 , 与 L 1 组成闭合回路 , 线圈中的电流在原来电流值基础上逐渐减小 L 1 由原来亮度逐渐熄灭 L 1 先立即变暗一些再逐渐熄灭 2. 通电自感 : 实验电路 实验要求 电路稳定时 L 1 、 L 2 亮度相同 S 闭合的瞬间 L 1 先亮 由于 L 1 支路为纯电阻电路 , 不产生自感现象 L 2 逐渐变亮 , 最后与 L 1 一样亮 由于 L 的自感作用阻碍 L 2 支路电流增大 , 出现“延迟”现象 【 过关训练 】 1.(2019· 三明高二检测 ) 如图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 R L 与灯泡的电阻 R 满足 R L ≪ R, 则在开关 S 由闭合到断开的瞬间 , 可以观察到 ( 　　 ) A. 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 R L ≫ R 时 , 才会看到灯泡有明显的闪亮现象 【 解析 】 选 C 。 S 闭合 , 电路稳定时 , 由于 R L ≪ R, 那么 I L ≫ I R ,S 断开的瞬间 , 流过线圈的电流 I L 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 I L 通过灯泡 , 由于 I L ≫ I R , 因此灯开始有明显的闪亮现象 ,C 正确 ,A 、 B 错误 ; 若 R L ≫ R, 则 I L ≪ I R , 这样灯泡不会有明显的闪亮现象 ,D 错。 2.( 多选 ) 如图所示 ,E 为电池组 ,L 是自感线圈 ( 直流电阻不计 ),D 1 、 D 2 是规格相同的小灯泡。下列判断正确的是 ( 　　 ) A. 开关 S 闭合时 ,D 1 先亮 ,D 2 后亮 B. 闭合 S 达稳定时 ,D 1 熄灭 ,D 2 比起初时更亮 C. 断开 S 时 ,D 1 闪亮一下 D. 断开 S 时 ,D 1 、 D 2 均不立即熄灭 【 解析 】 选 B 、 C 。开关 S 闭合时 D 1 、 D 2 同时亮 , 电流从无到有 , 线圈阻碍电流的增加 ,A 错 ; 闭合 S 达稳定时 D 1 被短路 , 电路中电阻减小 ,D 2 比起初时更亮 ,B 对 ; 断开 S 时 , 线圈阻碍电流减小 , 故 D 1 会闪亮一下 , 而 D 2 在 S 断开后无法形成通路 , 会立即熄灭 , 所以 C 对 ,D 错。 【 补偿训练 】 1. 在如图所示的甲、乙电路中 , 电阻 R 和灯泡电阻的阻值相等 , 自感线圈 L 的电阻值可认为是 0, 在接通开关 S 时 , 则 ( 　　 ) A. 在电路甲中 ,A 将渐渐变亮 B. 在电路甲中 ,A 将先变亮 , 然后渐渐变暗 C. 在电路乙中 ,A 将渐渐变亮 D. 在电路乙中 ,A 将先由亮渐渐变暗 , 然后熄灭 【 解析 】 选 A 、 D 。在电路甲中 , 当接通开关 S 时 , 通过与 灯泡相连的自感线圈的电流突然增大 , 由于线圈的自感 现象 , 开始时 , 自感线圈产生一个很大的自感电动势来 阻碍电流的流入 , 流入灯泡的电流很小 ; 后来由于电流 的不断流入 , 通过自感线圈的电流变化逐渐变慢 , 所以 自感线圈的阻碍作用逐渐减小 ; 当流过线圈的电流最大 时 , 自感线圈就没有阻碍作用 , 所以通过灯泡的电流只 能慢慢增大 , 故选项 A 正确 ,B 错误 ; 在电路乙中 , 当接通 开关 S 时 , 通过自感线圈的电流突然增大 , 由于线圈的自 感现象 , 开始时 , 自感线圈就产生一个很大的自感电动 势来阻碍电流的流入 , 流入线圈的电流很小 ( 可认为是 0), 电路中的电流可以认为都是从灯泡通过的 , 以后自 感线圈的阻碍作用逐渐减小 , 通过自感线圈的电流逐渐 增大 , 而通过灯泡的电流逐渐减小 , 直到流过线圈的电流最大时 , 自感线圈就没有阻碍作用 , 又因为自感线圈 L 的电阻值可认为是 0, 所以通过灯泡的电流可认为是 0, 故 C 错误 ,D 正确。 2. 如图所示 , 电感线圈 L 的自感系数足够大 , 其电阻忽略不计 ,L A 、 L B 是两个相同的灯泡 , 且在下列实验中不会烧毁 , 电阻 R 2 阻值约等于 R 1 的两倍 , 则 ( 　　 ) A. 闭合开关 S 时 ,L A 、 L B 同时达到最亮 , 且 L B 更亮一些 B. 闭合开关 S 时 ,L A 、 L B 均慢慢亮起来 , 且 L A 更亮一些 C. 断开开关 S 时 ,L A 慢慢熄灭 ,L B 马上熄灭 D. 断开开关 S 时 ,L A 慢慢熄灭 ,L B 闪亮后才慢慢熄灭 【 解析 】 选 D 。由于灯泡 L A 与线圈 L 和 R 1 串联 , 灯泡 L B 与 电阻 R 2 串联 , 当 S 闭合瞬间 , 通过线圈的电流突然增大 , 线圈产生自感电动势 , 阻碍电流的增大 , 所以 L B 比 L A 先 亮 ,A 、 B 选项错误 ; 由于 L A 所在的支路电阻阻值较小 , 故 稳定时电流较大 , 即 L A 更亮一些 , 当 S 断开瞬间 , 线圈产 生自感电动势 , 两灯组成的串联电路中 , 电流从线圈中 开始减小 , 即从 I A 减小 , 故 L A 慢慢熄灭 ,L B 闪亮后才慢慢熄灭 ,C 错误 ,D 正确。