广东省惠州市惠东县安墩中学物理 第一章 电磁感应现象 第六节 自感现象及其应用 粤教选修3-2

第六节自感现象及其应用问题1：开关接通时,可以看到什么现象?为什么?通电自感现象12RR1L灯2立即变亮,灯1逐渐变亮灯泡闪亮一下,说明了什么?后来为什么会慢慢变暗?断电自感现象L12R1问题1：开关断开时,可以看到什么现象?为什么?灯2立即熄灭,灯1先闪亮,后逐渐变暗当导体中的电流发生变化时,导体本身就产生感应电动势,这个电动势总是阻碍导体中原来电流的变化。这种由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象,叫做自感现象。这种现象中产生的感应电动势,叫做自感电动势。自感现象开关刚接通时,通电自感现象分析灯2立即变亮,灯1逐渐变亮12RR1LI总I2I1I感电路稳定后,L变成一个电阻,灯1、灯2的亮度基本相同断电自感现象分析L12R1开关断开时,I总I1、I2均变为零灯2立即熄灭,I感与IL方向相同,灯1先闪亮,后逐渐变暗I总ILI1I感自感系数1、自感电动势的大小：与电流的变化率成正比2、自感系数L－简称自感或电感（1）决定线圈自感系数的因素：

（2）自感系数的单位：亨利，简称亨，符号是H。常用单位：毫亨（mH）微亨（μH）

实验表明，线圈越大，越粗，匝数越多，自感系数越大。另外，带有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。3、自感物理意义：描述线圈产生自感电动势的能力例1、(双)如图所示的电路中,A1和A2是完全相同的灯泡,线圈L的电阻可以忽略.下列说法中正确的是A.合上开关S接通电路时,A2先亮,A1后亮,最后一样亮B.合上开关S接通电路时,A1和A2始终一样亮C.断开开关S切断电路时,A2立刻熄灭,A1过—会儿熄灭D.断开开关S切断电路时,A1和A2都要过一会儿才熄灭ADA1A2R1L这句话如何理解?

例2、在左图所示的电路中,S闭合时流过电感线圈的电流是2A,流过灯泡的电流是1A,将S突然断开,则S断开前后,能正确反映流过灯泡的电流I随时间t变化的图线是右图中的-12-2-10tI/A-12-2-10tI/A-12-2-10tI/A-12-2-10tI/AABCDDLS日光灯的电路图及其原理1、日光灯的电路图日光灯主要由灯管、镇流器、起辉器组成,其电路图如图所示2.日光灯的主要元件及作用(1)灯管日光灯灯管的两端各有一个灯丝,灯管内充有微量的氩和稀薄的汞蒸气,灯管内壁上涂有荧光粉.两个灯丝之间的气体导电时发出紫外线,使涂在管壁上的荧光粉发出柔和的可见光．(2)镇流器①构造

镇流器是一个带铁芯的线圈,自感系数很大．②作用

起辉器接通的瞬间,镇流器能产生瞬时高压,加在灯管两端,使灯管中的气体导电,日光灯开始发光.在日光灯正常发光时,由于交变电流通过镇流器的线圈,线圈中产生自感电动势,总是阻碍电流的变化,这时镇流器起着降压限流的作用,保证日光灯的正常工作．(3)起辉器①构造起辉器主要由电容器和封装在充有氖气的小玻璃泡中的静触片及由双金属片制成的U形动触片构成.②作用起辉器的主要作用是通过它的接通和断开过程,使镇流器产生瞬时高电压.电路断开瞬间产生瞬时高压气体在高压电作用下被击穿,将电路接通发射出的紫外线使荧光粉发光电路接通后,该部分不再发热,动触片冷却后将再次断开日光灯启动原理3.日光灯的工作原理(1)启动:开关闭合后,电源电压加在起辉器两极间,使氖气放电,发辉光,产生热量,使U形动触片膨胀,跟静触片接触把电路接通,电路接通后,氖气停止放电,U形动触片冷动收缩,两触片分开,电路断开,电路断开瞬间,镇流器产生很高的自感电动势,其方向与原电压方向相同,共同加在灯管两端,使汞蒸气放电,日光灯开始工作.(2)正常发光:日光灯正常发光时,镇流器与两灯丝及灯管内的汞蒸气组成闭合电路,由于镇流器的线圈产生自感现象,阻碍通过灯管的电流变化,起降压限流作用,确保日光灯正常工作.例3(双)关于镇流器的作用,下列说法中正确的是A.在日光灯点燃时,产生瞬时高压B.在起辉器两触片接通时,产生瞬时高压C.在日光灯正常发光后,起限流和降压作用D.在日光灯正常发光后,使日光灯两端电压稳定在220V解析：选AC.镇流器产生的瞬时高压是断电自感电动势，是在起辉器两触片由接触到断开的瞬间产生的，故B错误；日光灯正常发光时灯管两端电压只有几十伏，没有220V，故D错误．例4(双)日光灯的主要部件有灯管、镇流器、启动器.日光灯灯管的两端各有一个灯丝,灯管内充有微量的氩气和稀薄的汞蒸气,灯管内壁上涂有荧光粉.两个灯丝之间的气体导电时发出紫外线,使涂在管壁上的荧光粉发出可见光A.在日光灯正常工作后,如果取走启动器,日光灯还能正常发光B.启动器如果被击穿了(短路),日光灯不能正常启动C.镇流器在日光灯的灯管发光后,不再起任何作用D.在日光灯中,镇流器的另一个作用是将交流电转换为直流电启动器220V镇流器AB例5、如图所示,多匝电感线圈的电阻和电池内阻都忽略不计,两个电阻的阻值都是R,电键S原来打开,电流为I0,今合上电键将一电阻短路,于是线圈有自感电动势产生,这电动势A.有阻碍电流的作用,最后电流由I0减少到零B.有阻碍电流的作用,最后电流总小于I0C.有阻碍电流增大的作用,因而电流I0保持不变D.有阻碍电流增大的作用,但电流最后还是增大到2I0SRRI0LD提示：线圈中的电流不能突变例6(双)、如图所示,电路甲、乙中,电阻R和自感线圈L的电阻值都很小,接通S,使电路达到稳定,灯泡D发光.则A.在电路甲中,断开S,D将逐渐变暗B.在电路甲中,断开S,D将先变得更亮,然后渐渐变暗C.在电路乙中,断开S,D将渐渐变暗D.在电路乙中,断开S,D将变得更亮,然后渐渐变暗AD解：A、在电路甲中，断开S，由于线圈阻碍电流变小，导致D将逐渐变暗．故A正确；

B、在电路甲中，由于电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，所以通过灯泡的电流比电阻的电流小，当断开S，D将不会变得更亮，但会渐渐变暗．故B错误；

C、在电路乙中，由于电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，所以通过灯泡的电流比线圈的电流小，断开S时，由于线圈阻碍电流变小，导致D将变得更亮，然后逐渐变暗．故C错误；

D、在电路乙中，由于电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，所以通过灯泡的电流比线圈的电流小，断开S时，由于线圈阻碍电流变小，导致D将变得更亮，然后逐渐变暗．故D正确；

故选：AD例7、如图所示的四个日光灯的接线图中,S1为启动器,S2为开关,L为镇流器,能使日光灯正常发光的是ACS2第二单元配合物的形成和应用课程标准导航1.了解人类对配合物结构认识的历史。2.知道简单配合物的基本组成和形成条件。3.掌握配合物的结构与性质之间的关系。4.认识配合物在生产生活和科学研究方面的广泛应用。新知初探自学导引自主学习(2)配位键：共用电子对由一个原子单方向提供而跟另一个原子共用的共价键叫配位键。配位键可用A→B形式表示，A是_________________的原子，叫做电子对给予体，B是____________________的原子叫接受体。(3)形成配位键的条件提供孤电子对接受孤电子对①有能够提供_______________的原子，如______________等。②另一原子具有能够接受__________的空轨道，如___________________________等。孤电子对N、O、F孤电子对Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋、Ag＋想一想1.在水溶液中，Cu2＋与氨分子是如何结合成［Cu(NH3)4］2＋的呢？2.配位化合物(1)写出向CuSO4溶液中滴加氨水，得到深蓝色溶液整个过程的反应离子方程式。____________________________________;___________________________________________________________________________.Cu(OH)2+4NH3·H2O===［Cu(NH3)4］2++2OH-+4H2O(2)［Cu(NH3)4］SO4的名称为_______________________,它的外界为__________，内界为________________，中心原子为______，配位体为_______分子，配位数为_______。(3)配合物的同分异构体：含有两种或两种以上配位体的配合物，若配位体在____________________不同，就能形成不同几何构型的配合物，如Pt(NH3)2Cl2存在______和______两种异构体。硫酸四氨合铜［Cu(NH3)4］2＋Cu2+NH34空间的排列方式顺式反式想一想2.顺式Pt(NH3)2Cl2和反式Pt(NH3)2Cl2的化学式相同，它们的性质也相似吗？提示：不同，由于结构不同，所以其化学性质不相同。二、配合物的应用1.在实验研究中，人们常用形成配合物的方法来检验__________、分离物质、定量测定物质的组成。(1)向AgNO3溶液中逐滴加入氨水的现象为:_________________________________。产生的配合物是____________________。金属离子先生成沉淀，然后沉淀再溶解［Ag(NH3)2］OH(2)向FeCl3溶液中滴入KSCN溶液的现象：____________________________。产生的配合物是______________。2.在生产中，配合物被广泛用于________、______、___________、___________领域。3.生命体中的许多金属元素都以配合物形式存在。4.配合物在医疗方面应用也很广泛。5.模拟生物固氮也与配合物有关。有血红色溶液出现Fe(SCN)3染色电镀硬水软化金属冶炼自主体验1.配合物［Zn(NH3)4］Cl2的中心原子的配位数是()A.2 B.3C.4 D.5解析：选C。配合物［Zn(NH3)4］Cl2的中心原子是Zn2＋，配位体是NH3，配位数是4。2.下列不能形成配位键的组合是()A.Ag＋、NH3 B.H2O、H＋C.Co3＋、CO D.Ag＋、H+解析：选D。配位键的形成条件必须是一方能提供孤电子对，另一方能提供空轨道，A、B、C三项中，Ag＋、H＋、Co3＋能提供空轨道，NH3、H2O、CO能提供孤电子对,所以能形成配位键，而D项Ag＋与H＋都只能提供空轨道，而无法提供孤电子对,所以不能形成配位键。3.下列不属于配离子的是()A.［Ag(NH3)2］＋ B.［Cu(CN)4］2－C.［Fe(SCN)6］3－ D.MnO－4解析：选D。MnO－4无配位原子。4.向下列配合物的水溶液中加入AgNO3溶液,不能生成AgCl沉淀的是()A.［Co(NH3)4Cl2］Cl B.［Co(NH3)3Cl3］C.［Co(NH3)6］Cl3 D.［Co(NH3)5Cl］Cl2解析：选B。在配合物中，内界以配位键结合很牢固，难以在溶液中电离；内界和外界之间以离子键相结合，在溶液中能够完全电离。不难看出A、C、D三项中配合物在水中均电离产生Cl-，而B项无外界离子，不能电离。要点突破讲练互动探究导引1指出配合物[Pt(NH3)4Cl2]Cl2的配离子、中心离子、配位体、配位数及配位原子。提示：配离子指配合物的内界，中心原子指提供空轨道的原子或离子，要点一配合物的组成和结构配位体指提供孤电子对的分子或离子，配位数是配位体的总个数，配位原子指配位体中提供孤电子对的原子。配合物[Pt(NH3)4Cl2]Cl2的配离子为[Pt(NH3)4Cl2]2＋,中心原子是Pt4＋，配位体是NH3、Cl－，配位数为6，配位原子为N和Cl。探究导引2配离子[Ag(NH3)2]＋是如何形成的？提示：配离子[Ag(NH3)2]＋是由Ag＋和NH3分子反应生成的，由于Ag＋空的5s轨道和5p轨道形成sp杂化轨道，接受2个NH3分子提供的孤电子对，形成直线形的[Ag(NH3)2]＋，该过程图示如下。

要点归纳1.配合物的组成内界：中心体(原子或离子)与配位体，以配位键成键。外界：与内界电荷平衡的相反离子。有些配合物不存在外界，如[PtCl2(NH3)2]、[CoCl3(NH3)3]等。另外，有些配合物是由中心原子与配位体构成，如[Ni(CO)4]、[Fe(CO)5]等。2.配合物的结构配位数杂化轨道类型空间构型结构示意图实例2sp直线形[Ag(NH3)2]＋[Cu(NH3)2]＋配位数杂化轨道类型空间构型结构示意图实例4sp3正四面体形[Zn(NH3)4]2＋[ZnCl4]2－dsp2(sp2d)平面正方形[Ni(CN)4]2－[Cu(NH3)4]2＋6sp3d2(d2sp3)正八面体[AlF6]3－[Co(NH3)6]3＋即时应用1.化学家维多克·格利雅因发明了格氏试剂(RMgX)而荣获诺贝尔化学奖。RMgX是金属镁和卤代烃反应的产物，它在醚的稀溶液中以单体形式存在，并与二分子醚络合，在浓溶液中以二聚体存在，结构如下图：上述2种结构中均存在配位键，把你认为是配位键的用“→”在结构图中标出。解析:配位键是由孤电子对与空轨道形成的,Mg最外层有两个电子，可以与R、X形成离子键，而O原子中存在孤电子对，所以两个O(C2H5)2可以与Mg形成配位键。在二聚体中，同理，一个Mg与R、X相连，则另外一个X和O(C2H5)2，则与Mg形成配位键。答案：要点二配合物的性质探究导引现有两种配合物晶体[Co(NH3)6]Cl3和[Co(NH3)5Cl]Cl2，一种为橙黄色，另一种为紫红色。请设计实验方案将这两种配合物区别开来。提示：在[Co(NH3)6]Cl3中Co3＋与6个NH3分子配合成[Co(NH3)6]3＋，3个Cl－都是外界离子。而[Co(NH3)5Cl]Cl2中Co3＋与5个NH3分子和1个Cl－配合成[Co(NH3)5Cl]2＋,只有两个Cl－是外界离子。由于配合物中内界以配位键结合很牢固，难以在溶液中电离，而内界和外界之间以离子键结合，在溶液中能够完全电离。不难看出，相同质量的两种晶体在溶液中能够电离出的Cl－数是不同的，我们可以利用这一点进行鉴别。要点归纳1.配合物的颜色：当简单离子形成配合物时,其性质往往有很大的差异，颜色发生改变就是一种常见的现象，多数配离子都有颜色，如[Fe(SCN)6]3－为血红色、[Cu(NH3)4]2＋为深蓝色、[Cu(H2O)4]2＋为蓝色、[CuCl4]2－为黄色、[Fe(C6H6O)6]3－为紫色等等。我们根据颜色的变化就可以判断配离子是否生成，如Fe3＋离子与SCN－离子在溶液中可生成配位数为1～6的硫氰合铁(Ⅲ)配离子，这种配离子的颜色是血红色的，反应如下：Fe3＋＋nSCN－====[Fe(SCN)n]3－n，实验室通常用这一方法检验铁离子的存在。2.配合物的溶解性:有的配合物易溶于水，如[Ag(NH3)2]OH、[Cu(NH3)4]SO4、Fe(SCN)3等。利用配合物的这一性质，可将一些难溶于水的物质如AgOH、AgCl、Cu(OH)2等溶解在氨水中形成配合物。如在照相底片的定影过程中，未曝光的AgBr常用硫代硫酸钠(Na2S2O3)溶解，反应的化学方程式为：AgBr＋2Na2S2O3====Na3[Ag(S2O3)2]＋NaBr。金和铂之所以能溶于王水中，也是与生成配合物的溶解性有关，反应式为：Au＋HNO3＋4HCl====H[AuCl4]＋NO↑＋2H2O，3Pt＋4HNO3＋18HCl====3H2[PtCl6]＋4NO↑＋8H2O。配合物的颜色和溶解性还与配合物的空间结构有关，如顺式[Pt(NH3)2Cl2]和反式[Pt(NH3)2Cl2]的溶解性和颜色等性质有一定的差异，其中顺式[Pt(NH3)2Cl2]为极性分子,根据相似相溶原理,它在水中的溶解度较大,具体情况见前面的表格。3.配合物的稳定性：配合物具有一定的稳定性，配合物中的配位键越强,配合物越稳定.当作为中心原子的金属离子相同时，配合物的稳定性与配位体的性质有关。例如，血红素中的Fe2＋与CO分子形成的配位键比Fe2＋与O2分子形成的配位键强，因此血红素中的Fe2＋与CO分子结合后，就很难再与O2分子结合，血红素就失去了输送氧气的功能，从而导致人体CO中毒。即时应用2.配合物CrCl3·6H2O的中心原子Cr3＋的配位数为6，H2O和Cl－均可作配位体，H2O、Cl－和Cr3＋有三种不同的连接方式，形成三种物质：一种呈紫罗兰色、一种呈暗绿色、一种呈亮绿色。将它们配成相同物质的量浓度溶液，各取相同体积的溶液，向其中分别加入过量的AgNO3溶液，完全反应后，所得沉淀的物质的量之比为3∶2∶1。(1)请推断出三种配合物的内界，并简单说明理由；(2)写出三种配合物的电离方程式。解析：CrCl3·6H2O的中心原子Cr3＋的配位数为6，H2O和Cl－均可作配位体，则其化学式可表示为：[Cr(H2O)6－nCln]Cl3－n·nH2O，当其与AgNO3反应时，只有外界的氯离子可形成AgCl沉淀，再根据它们与AgNO3反应时生成AgCl沉淀的物质的量之比为3∶2∶1，可知分别有3个氯离子、2个氯离子、1个氯离子在外界，进而可分别写出各自的化学式，紫罗兰色：[Cr(H2O)6]Cl3，暗绿色：[Cr(H2O)5Cl]Cl2·H2O，亮绿色：[Cr(H2O)4Cl2]Cl·2H2O，再分别写出其内界.答案:(1)紫罗兰色：[Cr(H2O)6]3＋,暗绿色：[Cr(H2O)5Cl]2＋，亮绿色：[Cr(H2O)4Cl2]＋.根据它们与AgNO3反应时生成沉淀的物质的量之比为3∶2∶1，可知分别有3个氯离子、2个氯离子、1个氯离子在外界。(2)[Cr(H2O)6]Cl3====[Cr(H2O)6]3＋＋3Cl