【2019最新】精选教科版高中物理选修3-2学案：第一章电磁感应8自感

1、【 2019最新】精选教科版高中物理选修 3-2学案：第一章电磁感应 8自感 学习目标定位 1. 能够通过电磁感应的有关规律分析通电自感和断电自感现象 .2. 了解自感电动势的表达式 ELL，知道自感系数的决定因素 .3. 了解日光灯结构及工作原理1通电导线周围存在磁场， 当导线中电流变大时， 导线周围各处的磁场都增强，当导线中电流减小时，导线周围各处的磁场都减弱2楞次定律：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化一、自感现象1自感：由于导体线圈本身的电流发生变化而引起的电磁感应现象2自感电动势：在自感现象中产生的电动势二、自感系数1自感电动势的大小： ELL，其中 L 是自感系数，简

2、称自感或电感单位：享利，符号： H.1 mH103 H；1 H106 H.2自感系数是由线圈本身性质决定的，跟线圈的形状、体积、匝数，以及是否有铁芯等因素有关三、自感的典型应用日光灯1普通的日光灯电路由灯管、镇流器、启动器、导线和开关组成2镇流器是一个有铁芯的自感系数很大的线圈.一、自感现象 问题设计 1通电自感：如图 1 所示，开关 S 闭合的时候两个灯泡的发光情况有什么不同？图 1答案灯泡 A2立即正常发光，灯泡A1 逐渐亮起来2断电自感：如图 2 所示，先闭合开关使灯泡发光，然后断开开关图 2(1) 开关断开前后，流过灯泡的电流方向有何关系？(2) 在断开过程中，有时灯泡闪亮一下再熄灭，

3、 有时灯泡只会缓慢变暗直至熄灭，请分析上述两种现象的原因是什么？欢迎下载。答案(1)S 闭合时，灯泡 A 中电流向左， S断开瞬间，灯泡 A 中电流方向向右，所以开关S 断开前后，流过灯泡的电流方向相反(2) 在电源断开后灯泡又闪亮一下的原因是灯泡断电后自感线圈中产生的感应电流比原线圈中的电流大 要想使灯泡闪亮一下再熄灭， 就必须使自感线圈的电阻小于与之并联的灯泡的电阻 而当线圈电阻大于灯泡电阻时，灯泡只会延迟一段时间再熄灭 要点提炼 自感现象是指当通过线圈的电流发生变化时，在线圈中引起的电磁感应现象1当线圈中的电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反；2当线圈中的电流减小时，自感电动势的

4、方向与原电流方向相同；3自感电动势总是阻碍线圈中电流的变化，但不能阻止线圈中电流的变化，只是延缓了过程的进行4断电自感中， 若断开开关瞬间， 通过灯泡的电流瞬间比断开开关前瞬间大，灯泡会闪亮一下； 若断开开关后，通过灯泡的电流比断开开关前瞬间小，灯泡不会闪亮一下，而是逐渐变暗二、自感系数 问题设计 请阅读教材“自感系数”的内容并回答下列问题(1) 自感电动势的大小决定于哪些因素？(2) 自感系数与什么有关？答案 (1) 自感电动势的大小与电流变化快慢和自感系数有关(2) 自感系数跟线圈的形状、 体积、匝数等因素有关 另外还与有无铁芯有关 要点提炼 1自感电动势正比于电流的变化率，即ELL.2实

5、验表明， 线圈横截面积越大， 匝数越多，自感系数 L 越大，线圈有铁芯时自感系数比没铁芯时大得多三、日光灯 问题设计 1自感现象可分为断电自感和通电自感，在使日光灯管启动的过程中，应用了哪种自感现象？答案断电自感2仔细阅读教材，你认为启动器在日光灯电路中的作用是什么？【2019最新】精选教科版高中物理选修3-学案：第一章电磁感应自感答案 启动器在日光灯电路中相当于一个自动开关3镇流器在日光灯的启动及正常工作时各起什么作用？答案 当启动日光灯时， 由于启动器的两个触片的分离， 镇流器中的电流急剧减小， 会产生很高的自感电动势， 这个自感电动势与电源电压加在一起，形成一个瞬时高电压加在灯管两端，

6、使灯管中的气体放电，日光灯被点亮日光灯管发光后， 电阻小，要求电流小，且日光灯管是用交流电源 ( 大小与方向都随时间变化的电流 ) 供电，此时镇流器产生自感电动势， 阻碍电流变化，从而在灯管正常发光时起到降压限流的作用， 保证日光灯管的正常工作 要点提炼 1启动器在日光灯电路中的作用为自动开关2当启动日光灯时， 镇流器利用自感现象产生瞬时高电压； 当日光灯正常发光时，镇流器又利用自感现象，起到降压限流作用一、自感现象的分析例 1 如图 3 所示，电感线圈 L 的自感系数足够大， 其直流电阻忽略不计，LA、LB 是两个相同的灯泡， 且在下列实验中不会烧毁， 电阻 R2阻值约等于 R1的两倍，则

7、()图 3A闭合开关 S 时， LA、LB 同时达到最亮，且LB 更亮一些B闭合开关 S 时， LA、LB 均慢慢亮起来，且LA 更亮一些C断开开关 S 时， LA 慢慢熄灭， LB 马上熄灭D断开开关 S 时， LA 慢慢熄灭， LB闪亮后才慢慢熄灭解析由于灯泡 LA 与线圈 L 串联，灯泡 LB 与电阻 R2 串联，当 S 闭合的瞬间，通过线圈的电流突然增大，线圈产生自感电动势，阻碍电流的增加，所以 LB 先亮，A、B 错误；由于 LA 所在的支路电阻阻值偏小，故稳定时电流大， 即 LA 更亮一些，；当 S 断开的瞬间，线圈产生自感电动势，两灯组成的串联电路中，电流从线圈中电流开始减小，即

8、从IA 减小，故 LA 慢慢熄灭， LB闪亮后才慢慢熄灭， C错误、 D正确答案D思路点拨(1) 分析自感电流的大小时，应注意“L 的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计”这一关键语句；(2) 电路接通瞬间，自感线圈相当于断路；(3) 电路断开瞬间，回路中电流从L 中原来的电流开始减小3/113/11二、自感现像的图像问题例 2如图 4 所示的电路中， S 闭合且稳定后流过电感线圈的电流是2 A，流过灯泡的电流是1 A，现将 S 突然断开， S 断开前后，能正确反映流过灯泡的电流i 随时间 t 变化关系的图像是 ()图 4解析 开关 S 断开前，通过灯泡 D的电流是稳定的，其值为 1 A开关 S

9、 断开瞬间，自感线圈的支路由于自感现象会产生与线圈中原电流方向相同的感应电动势，使线圈中的电流从原来的 2 A 逐渐减小，方向不变，且同灯泡 D构成回路，通过灯泡 D的电流和线圈 L 中的电流相同，也应该是从2 A 逐渐减小到零，但是方向与原来通过灯泡D的电流方向相反， D 对答案D三、对日光灯工作原理的理解例 3 如图 5 所示是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，下列叙述中正确的是 () 图 5AS1 接通， S2、S3 断开，日光灯就能正常发光BS1、S2 接通， S3 断开，日光灯就能正常发光CS3 断开，接通 S1、S2 后，再断开 S2，日光灯就能正常

10、发光D当日光灯正常发光后，再接通 S3，日光灯仍能正常发光解析 当 S1 接通， S2、S3 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，选项A 错误当 S1、S2 接通， S3 断开时，灯丝两端被短路，电压为零，不能使气体电离导电，日光灯不能发光，选项 B 错误当日光灯正常发光后， 再接通 S3，则镇流器被短路， 灯管两端电压过高，会损坏灯管，选项D错误只有当 S1、S2 接通，灯丝被预热，发出电子，再断开S2，镇流器中产生很大的自感电动势，和原电压一起加在灯管两端，使气体电离，日光灯正常发光，选项C正确答案C【2019最新】精选教科版高中物理选修

11、3-学案：第一章电磁感应自感自感：由于导体线圈本身的电流发生变化而引起的电磁感应现象I公式： EL Lt自感电动势自感现象自感系数：与线圈的体积、形状、匝数及有无铁芯等因素有关构造：灯管、镇流器、启动器日光灯原理：自感现象1( 自感现象的分析 ) 如图 6 所示电路中，、是两只相同的电流表，电感线圈 L 的直流电阻与电阻R阻值相等下面判断正确的是()图 6A开关 S 接通的瞬间，电流表的读数大于的读数B开关 S 接通的瞬间，电流表的读数小于的读数C开关 S接通，电路稳定后再断开的瞬间， 电流表的读数大于的读数D开关 S接通，电路稳定后再断开的瞬间， 电流表的读数等于的读数答案BD2( 自感现象

12、的图像问题 ) 在如图 7 所示的电路中， S 是闭合的，此时流过线圈 L 的电流为 i1 ，流过灯泡 A 的电流为 i2 ，且 i1 i2 ，在 t1 时刻将 S 断开，那么流过灯泡 A 的电流随时间变化的图像是图中的()图7答案D解析 在 0t1 时间内流过灯泡的电流为 i2 ，且方向为从左向右， 当断开 S 时，i2 立即消失，但由于自感作用， i1 并不立刻消失， 而是产生自感电动势，与灯泡构成回路缓慢消失， 此时流过灯泡的电流从 i15/115/11开始逐渐减小，方向为从右向左，故选 D. 3( 对日光灯工作原理的理解 ) 如图所示， S 为启动器， L 为镇流器，其中日光灯的接线图

13、正确的是()答案A解析 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 当启动器动、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、右端分别被短接，无法预热放出电子，不能使灯管内气体导电，选项 D错误题组一自感现象的分析1关于线圈的自感系数，下面说法正确的是()A线圈的自感系数越大，自感电动势就一定越大B线圈中电流等于零时，自感系数也等于零C线圈中电流变化越快，自感系数越大D线圈的自感系数由线圈本身的性质及有无铁芯决定答案D解析 自感

14、系数是由线圈的大小、形状、圈数、有无铁芯等因素决定的，故 B、C错，D对；自感电动势不仅与自感系数有关，还与电流变化快慢有关，故A 错2. 如图 1 所示， L 为自感系数较大的线圈，电路稳定后小灯泡A 正常发光，当断开开关S 的瞬间会有 ()图 1A灯 A 立即熄灭B灯 A 慢慢熄灭C灯 A 突然闪亮一下再慢慢熄灭D灯 A 突然闪亮一下再突然熄灭答案A解析当开关 S 断开时，由于通过自感线圈的电流从有变到零，线圈将产生自感电动势，但由于线圈L 与灯 A串联，在 S 断开瞬间，不能形成闭合回路，因此灯A 在开关断开瞬间，立即熄灭图 23( 自感现象的分析 ) 某同学为了验证断电自感现象， 自己

15、找来带铁芯的线圈 L、小灯泡 A、开关 S 和电池组 E，用导线将它们连接成如图 2【2019最新】精选教科版高中物理选修3-学案：第一章电磁感应自感所示的电路检查电路后，闭合开关 S，小灯泡发光；再断开开关 S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象 虽经多次重复， 仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象， 他冥思苦想找不出原因 你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是()B小灯泡电阻偏大A电源的内阻较大D线圈的自感系数较大C线圈电阻偏大答案C解析从实物连接图中可以看出，线圈L 与小灯泡并联，断开开关S时，小灯泡 A 中原来的电流立即消失， 线圈 L 与小灯泡组成闭合回路，由于自感，线圈中的电流逐渐变小

16、， 使小灯泡中的电流反向且与线圈中电流大小相同， 小灯泡未闪亮说明断开S前，流过线圈的电流与小灯泡的电流相同或较小，原因可能是线圈电阻偏大，故选项C 正确4. 如图 3 所示，两个电阻阻值均为 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 I0 ，现将 S 闭合，于是电路中产生了自感电动势，此自感电动势的作用是()图 3A使电路的电流减小，最后由I0 减小到零B有阻碍电流增大的作用，最后电流小于I0C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 2I0 答案 D解析 S 闭合，电路中电阻减小，电流增大，线圈产生的自感电动势的作

17、用是阻碍原电流的增大， A 错；阻碍电流增大，不是不让电流增大，而是让电流增大的速度变慢， B、C错；最后达到稳定时，电路中电流为 I 2I0 ，故 D正确5. 如图 4 所示的电路中， 线圈 L 的自感系数足够大， 其直流电阻忽略不计， A、B 是两个相同的灯泡，下列说法中正确的是()图 4AS 闭合后， A、B 同时发光且亮度不变B S闭合后， A 立即发光，然后又逐渐熄灭CS 断开的瞬间， A、B 同时熄灭DS 断开的瞬间， A 再次发光，然后又逐渐熄灭答案 BD解析线圈对变化的电流有阻碍作用，开关接通时，A、B 串联， 同7/117/11时发光，但电流稳定后线圈的直流电阻忽略不计，使

18、A 被短路，所以 A 错误， B 正确；开关断开时，线圈产生自感电动势，与 A构成回路， A 再次发光，然后又逐渐熄灭，所以 C错误， D正确6如图 5 所示甲、乙电路，电阻 R和自感线圈 L 的电阻都很小 接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则 ()图 5A在电路甲中，断开 S，A 将渐渐变暗B在电路甲中，断开 S，A 将先变得更亮，然后渐渐变暗C在电路乙中，断开 S，A 将渐渐变暗D在电路乙中，断开 S，A 将先变得更亮，然后渐渐变暗答案AD解析 题图甲中，A与电感线圈 L 在同一个支路中，流过的电流相同，断开开关 S 时，线圈 L 中的自感电动势要维持原电流不变， 所以开关断开的瞬间，A

19、 的电流不变，以后电流渐渐变小因此，A 渐渐变暗题图乙中，A所在支路的电流比电感线圈所在支路的电流要小 ( 因为电感线圈的电阻很小 ) ，断开开关 S 时，电感线圈的自感电动势要阻碍电流的变小，此瞬间电感线圈中的电流不变， 电感线圈相当于一个电源给 A 供电因此，反向流过 A 的电流瞬间要变大，然后渐渐变小，所以A 将先闪亮一下，然后渐渐变暗7. 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，采取了双线绕法，如图6 所示，其道理是 ()图 6A当电路中的电流变化时，两股导线中产生的自感电动势相互抵消B当电路中的电流变化时，两股导线中产生的感应电流互相抵消C当电路中的电流变

20、化时，两股导线中产生的磁通量互相抵消D当电路中的电流变化时，电流的变化量相互抵消答案C解析能否有感应电动势， 关键在于穿过回路的磁通量是否变化由于导线是双线绕法， 使穿过回路的磁通量等于零，无论通过的电流变化与否，磁通量均为零不变，所以不存在感应电动势和感应电流题组二自感现象的图像问题8在如图 7 所示的电路中，两个相同的小灯泡L1 和 L2 分别串联一个带铁芯的电感线圈 L 和一个滑动变阻器 R.闭合开关 S 后，调节 R，使 L1 和 L2 发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均为 I ，然后断开【2019最新】精选教科版高中物理选修3-学案：第一章电磁感应自感S. 若 t 时刻再闭合

21、S，则在 t 前后的一小段时间内， 能正确反映流过 L1 的电流 i1 、流过 L2 的电流 i2 随时间 t 变化的图像的是 ()图 7答案B解析 与滑动变阻器 R 串联的 L2，没有自感，直接变亮，电流变化图像如 A 中图线，C、D错误与带铁芯的电感线圈串联的 L1，由于自感，电流逐渐变大， A 错误， B 正确9. 如图 8 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 t1 时刻断开 S，下列表示 A、B 两点间电压 UAB随时间 t 变化的图像中，正确的是()图 8答案B解

22、析在 t 0 时刻闭合开关S，由于电感线圈 L 产生自感电动势， 阻碍电流通过，电源输出电流较小，路端电压较高，经过一段时间电路稳定后，电源输出电流较大，路端电压较低在t t1 时刻断开 S，电感线圈 L 产生自感电动势， 与灯泡构成闭合回路， 灯泡 D 中有反向电流通过，所以表示 A、B 两点间电压 UAB随时间 t 变化的图像中正确的是 B.10. 如图 9 所示，电源的电动势为 E10 V，内阻不计， L 与 R的电阻值均为 5 ，两灯泡的电阻值均为 RS10 .图 9(1) 求断开 S的瞬间，灯泡 L1 两端的电压；(2) 定性画出断开 S 前后一段时间内通过 L1 的电流随时间的变化

23、规律答案(1)10 V(2) 见解析图解析(1) 电路稳定工作时， 由于 a、b 两点的电势相等， 导线 ab 上无电流通过因此通过L 的电流为IL A1 A流过L1 的电流为IS A 0.5 A断开S 的瞬间，由于线圈要想维持IL不变，而与L1 组成闭合回路，因此通过 L1 的最大电流为1 A.所以此时 L1 两端的电压为 UIL ·RS 10 V( 正常工作时为 5 V) (2) 断开 S前，流过 L1 的电流为 0.5 A 不变，而断开 S 的瞬间，通过9/119/11L1 的电流突变为 1 A，且方向也发生变化，然后渐渐减小到零，所以它的图像如图所示 (t0 为断开 S的时刻 ) 注：从 t0 开始，电流持续的时间实际上一般是很短的题组三 对日光灯工作原理的理解11在日光灯电路中接有启动器、镇流器和日光灯管，下列说法中正确的是()A日光灯点燃后，镇流器、启动器都不起作用B镇流器在点燃灯管时产生瞬时高压，点燃后起降