高中物理第一章电磁感应6自感课件-71张 71页

　　 6. 自　　感　 一、自然现象 1. 自感现象 : 由于导体线圈 ___________ 发生变化而引 起的电磁感应现象。 2. 自感电动势 : (1) 定义 : 在 _________ 中产生的电动势。 (2) 特点 : 总是阻碍导体中原电流的 _____ 。 本身的电流 自感现象 变化 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 D 2 _____ _________ 阻碍电流的 _____ 断 电 自 感 断开开关的瞬 间 , 灯泡 D 会闪 亮一下 , 然后 _________ 阻碍电流的 _____ 较慢 地亮起来 逐渐变暗 增加 减小 二、自感系数 1. 自感电动势的大小 :E L =_____, 其中 L 是线圈的自感系 数 , 简称自感或电感 , 单位 :_____, 符号 :__ 。 2. 决定线圈自感系数大小的因素 : 线圈的形状、体积、 匝数以及是否有 _____ 等。 亨利 H 铁芯 三、自感的典型应用 —— 日光灯 1. 结构 : 普通的日光灯是由 _____ 、 _______ 、 _______ 组成。 2. 启动器 : 也称 _______, 是一个充有氖气的小玻璃泡 , 里面有两个电极 , 一个是固定不动的 _______, 另一个是 用 _________ 制成的 U 形动触片。 灯管 镇流器 启动器 启辉器 静触片 双金属片 3. 镇流器 : 是一个有铁芯的 _________ 很大的线圈 , 其作 用是在日光灯启动时在灯管两端形成一个 _________, 正常工作时又起到一个 _________ 的作用。 自感系数 瞬时高压 降压限流 【 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。 ( ) 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。 一　对自感现象的理解 【 典例 】 ( 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 【 解题探究 】 解答此题应注意以下两点 : (1) 电感线圈在接通瞬间相当于 _____ 。 (2) 电感线圈在断开瞬间相当于 _____ 。 【 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。 断路 电源 【 核心归纳 】 1. 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 , 这就是电的“惯性”。 (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 。 2. 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。 【 过关训练 】 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. 如图所示 , 一毛同学用多用电表的欧姆 挡测量一个线圈的电阻 , 以判断它是否断 路。为方便测量 , 同桌的二毛同学用双手 分别握住线圈裸露的两端 , 一毛用两表笔与线圈两端接 触 , 读出阻值 , 再将表笔与线圈断开。在测量的过程中 , 二毛在某瞬间感到有强烈的电击感 , 对此现象 , 下列说 法正确的是 ( 　　 ) A. 线圈没有断路 , 在表笔与线圈断开瞬间 , 二毛有电击感 B. 线圈没有断路 , 在表笔与线圈接触瞬间 , 二毛有电击感 C. 线圈一定断路 , 在表笔与线圈断开瞬间 , 二毛有电击感 D. 线圈一定断路 , 在表笔与线圈接触瞬间 , 二毛有电击感 【 解析 】 选 A 。在电流变化时线圈才会产生自感电动势 , 当回路接通的状态时 , 回路中电流不变化 , 线圈两端不会产生感应电动势 ; 当回路断开时 , 电流要立即减小到零 , 但由于线圈的自感现象会产生感应电动势 , 则线圈两端会对人产生电击感 , 所以二毛能感觉到电击感 , 说明线圈产生了自感电动势 , 形成自感电流 , 故线圈并没有断路 , 故 A 正确 ,B 、 C 、 D 错误。 【 补偿训练 】 1. 在制作精密电阻时 , 为了消除使用过程 中由于电流变化而引起的自感现象 , 采用双 线并绕的方法 , 如图所示。其道理是 ( 　　 ) A. 当电路中的电流变化时 , 两股导线产生的自感电动势相互抵消 B. 当电路中的电流变化时 , 两股导线产生的感应电流相互抵消 C. 当电路中的电流变化时 , 两股导线中原电流的磁通量相互抵消 D. 以上说法都不对 【 解析 】 选 C 。由于采用双线并绕的方法 , 当电流通过时 , 两股导线中的电流方向是相反的 , 不管电流怎样变化 , 任何时刻两股电流总是等大反向的 , 所产生的磁通量也是等大反向的 , 故总磁通量等于零 , 在该线圈中不会产生电磁感应现象 , 因此消除了自感 , 选项 A 、 B 错误 , 只有 C 正确。 2. 如图所示电路中 , 电源内电阻和线圈 L 的电阻均不 计 ,K 闭合前 , 电路中电流为 I= 。将 K 闭合时 , 线圈 中的自感电动势 ( 　　 ) A. 有阻碍电流作用 , 最后电流为零 B. 有阻碍电流作用 , 最后电流总小于 I C. 有阻碍电流增大的作用 , 电流保持 I 不变 D. 有阻碍电流增大的作用 , 但电流最后还是要增大到 2I 【 解析 】 选 D 。 K 闭合后 , 电路中电流增大 , 由于线圈产生自感电动势 , 阻碍电流增大 , 但阻碍不是阻止 , 最终结果不受影响 , 电流最后还是要增大到 2I 。 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 , 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 , 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。下列说法正确的是 世纪金榜导 学号 ( 　　 ) 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 【 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 : 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. 如图所示的电路中 ,A 和 B 是两个相同的 灯泡 , 线圈 L 自感系数足够大 , 电阻可以忽 略不计。下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 闭合开关 S 时 ,B 灯先亮 ,A 灯后亮 B. 闭合开关 S 时 ,A 灯和 B 灯同时亮 C. 断开开关 S 时 ,A 灯和 B 灯立即熄灭 D. 断开开关 S 时 ,A 灯缓慢熄灭 ,B 灯立即熄灭 【 解析 】 选 A 。当开关 S 闭合时 , 灯 B 立即发光。通过线 圈 L 的电流增大 , 穿过线圈的磁通量增大 , 根据楞次定律 线圈产生的感应电动势与原来电流方向相反 , 阻碍电流 的增大 , 电路的电流只能逐渐增大 ,A 逐渐亮起来。所以 B 比 A 先亮。由于线圈直流电阻忽略不计 , 当电流逐渐稳 定时 , 线圈不产生感应电动势 , 两灯电流相等 , 亮度相同。 故 A 正确 ,B 错误 ; 稳定后当开关 S 断开后 , 由于自感 , 线圈中的电流只能慢慢减小 , 其相当于电源 , 与灯泡 A 、 B 构成闭合回路放电 , 两灯都过一会儿熄灭 , 故 C 、 D 错误 ; 故选 A 。 2.(2019· 泸州高二检测 ) 如图所示 , 带铁芯的电感线圈的直流电阻与电阻器 R 的阻值相同 ,A 1 和 A 2 是两个完全相同的电流表 , 则下列说法中正确的是 A. 闭合 S 瞬间 , 电流表 A 1 示数等于 A 2 示数 B. 闭合 S 瞬间 , 电流表 A 1 示数大于 A 2 示数 C. 断开 S 瞬间 , 电流表 A 1 示数不变 , 电流表 A 2 示数为 0 D. 断开 S 瞬间 , 电流经电流表 A 1 的方向不变 , 流经 A 2 方向改变 【 解析 】 选 D 。闭合 S 瞬间 , 由于线圈的电流变大 , 导致 其产生电动势 , 从而阻碍电流的变大 , 所以电流表 A 1 示 数小于 A 2 示数 , 故 A 、 B 错误 ; 断开 S 瞬间 , 线圈电流变小 , 从而产生电动势 , 相当于电压会变小 , 电源与电阻相串 联 , 由于两电流表串联 , 所以电流表 A 1 示数等于 A 2 示数 ; 此时 A 1 中的电流方向不变 , 仍然是从左向右 , 而 A 2 中的 电流则是从右向左 , 二者电流的方向相反。故 C 错误 , D 正确。所以 D 正确 ,A 、 B 、 C 错误。 【 补偿训练 】 　 1. 如图所示的电路中 ,P 、 Q 为两个相同的灯泡 , 自感线圈 L 的电阻不计 , 则下列说法正确的是 ( 　　 ) A.S 断开瞬间 ,P 立即熄灭 ,Q 过一会儿才熄灭 B.S 接通瞬间 ,P 、 Q 同时达到正常发光 C.S 断开瞬间 , 通过 P 的电流从右向左 D.S 断开瞬间 , 通过 Q 的电流与原来方向相反 【 解析 】 选 C 。 S 接通瞬间 ,L 中电流从 0 开始增大 , 于是产生自感电动势 , 阻碍电流的增大 , 因此 Q 不会立即正常发光 , 较 P 要晚些 , 故 B 错误 ;S 断开瞬间 , 因 L 的自感作用 , 通过 P 、 Q 形成的回路的电流逐渐减小为 0, 通过 P 的电流方向从右向左 , 通过 Q 的电流方向与原来相同 , 因此 ,P 、 Q 两只灯泡会一起渐渐熄灭 , 故 C 正确 ,A 、 D 错误。 2. 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 , 下述说法中正确的是 ( 　　 ) 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 , 因此表 G 1 指针右偏 , 表 G 2 的指针左偏 , 故选 A 。 三　日光灯的工作原理 【 典例 】 如图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 ( 　　 ) A.S 1 接通 ,S 2 、 S 3 断开 , 日光灯就能正常发光 B.S 1 、 S 2 接通 ,S 3 断开 , 日光灯就能正常发光 C.S 1 、 S 2 、 S 3 接通 , 日光灯就能正常发光 D.S 3 断开 , 接通 S 1 、 S 2 后 , 再断开 S 2 , 日光灯就能正常发光 【 解析 】 选 D 。 S 1 接通， S 2 、 S 3 断开时，电源电压 220 V 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 ;S 1 、 S 2 接通， S 3 断开时，灯管被短路，灯管两端电压为零，日光灯不能发光， B 错误 ; 只有当 S 1 、 S 2 接通，灯丝被预热，发出电子，再断开 S 2 ，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。 【 核心归纳 】 (1) 电键闭合后 , 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。 【 过关训练 】 1. 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 ( 　　 ) 【 解析 】 选 A 。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 , 不能使灯管气体导电 , 选项 D 错误。只有 A 项满足发光条件。 2.( 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 220 V D. 正常工作和不工作时 , 双金属片的状态相同 【 解析 】 选 B 、 D 。启动器接通后再断开时 , 镇流器产生瞬时高压 , 而不是接通时产生高压 , 故 A 错。日光灯正常工作时 , 因交流电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 , 此时有电流通过日光灯管 , 灯管两端电压小于 220 V, 故 C 错。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。 3. 若将图甲中启动器换为开关 S 1 , 并给镇流器并联一个开关 S 2 , 如图乙所示 , 则下列叙述正确的是 ( 　　 ) A. 只把 S 3 接通 , 日光灯就能正常发光 B. 把 S 3 、 S 1 接通后 ,S 2 不接通 , 日光灯就能正常发光 C.S 2 不接通 , 接通 S 3 、 S 1 后 , 再断开 S 1 , 日光灯就能正常发光 D. 当日光灯正常发光后 , 再接通 S 2 , 日光灯仍能正常发光 【 解析 】 选 C 。一般日光灯启动时瞬间把电源、灯丝、镇流器接通 , 然后自动断开 , 靠镇流器产生瞬时高压 , 使灯管内气体导电 , 所以启动时既要使乙图中 S 3 闭合 , 又需使 S 1 瞬间闭合再断开 ,A 、 B 错 ,C 对。正常工作时镇流器起降压限流作用 , 若把乙图中 S 2 闭合 , 则镇流器失去作用 , 日光灯不能正常工作 ,D 错。 【 补偿训练 】 　　 ( 多选 ) 如图为日光灯电路 , 关于该电路 , 以下说法中正确的是 ( 　　 ) A. 启动过程中 , 启动器断开瞬间镇流器 L 产生瞬时高压 B. 日光灯正常发光后 , 镇流器 L 使灯管两端电压低于电源电压 C. 日光灯正常发光后启动器是导通的 D. 图中的电源可以是交流电源 , 也可以是直流电源 【 解析 】 选 A 、 B 。日光灯中镇流器的作用是当启动器断开的瞬间产生瞬时高压 , 击穿灯管中的稀薄气体导电 , 而启动后自感电动势会使灯管两端的电压低于电源电压 , 故 A 、 B 均正确 ; 灯管导通后 , 启动器断开 , 日光灯只能用交流电源供电 , 故 C 、 D 均错。 【 拓展例题 】 考查内容 : 自感现象的图像问题 【 典例 】 如图所示的电路中 , 电源的电动势为 E, 内阻为 r, 电感 L 的电阻不计 , 电阻 R 的阻值大于灯泡 D 的阻值 , 在 t=0 时刻闭合开关 S, 经过一段时间后 , 在 t=t 1 时刻断开 S, 下列表示 A 、 B 两点间电压 U AB 随时间 t 变化的图像中 , 正确的是 ( 　　 ) 【 解析 】 选 B 。由于自感现象 ,t=0 时刻 U AB 较大 , 随时间推移 ,U AB 减小 ; 断开 S, 电感 L 中电流的方向不变 , 逐渐减小 , 经过电感 L 、电阻 R 、灯泡 D 形成回路 , 所以 U AB 的方向发生改变 , 大小逐渐减小至零 , 故正确答案为 B 。