2019-2020年高中物理第一章電磁感應(yīng)第六節(jié)自感現(xiàn)象及其應(yīng)用學(xué)案粵教版.doc

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2019-2020年高中物理第一章電磁感應(yīng)第六節(jié)自感現(xiàn)象及其應(yīng)用學(xué)案粵教版 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.了解自感現(xiàn)象及其應(yīng)用.2.能夠通過電磁感應(yīng)的有關(guān)規(guī)律分析通電自感和斷電自感現(xiàn)象.3.了解自感系數(shù)的決定因素.4.了解日光燈的發(fā)光原理． 一、自感現(xiàn)象 [導(dǎo)學(xué)探究]　(1)通電自感：如圖1所示，開關(guān)S閉合的時候兩個燈泡的發(fā)光情況有什么不同？ 圖1 (2)斷電自感：如圖2所示，先閉合開關(guān)使燈泡發(fā)光，然后斷開開關(guān)，兩燈泡的發(fā)光情況有什么不同？ 圖2 答案　(1)燈泡L2立即發(fā)光，燈泡L1逐漸亮起來．(2)L2立即熄滅，L1閃亮一下，再逐漸熄滅． [知識梳理]　自感現(xiàn)象及自感電動勢的定義和特點(diǎn) (1)定義：由于線圈本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象．在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫自感電動勢． (2)自感電動勢的大小：跟穿過線圈的磁通量變化快慢有關(guān)，還跟自感系數(shù)有關(guān)． (3)自感系數(shù)的決定因素：由線圈本身性質(zhì)決定，與線圈的長短、形狀、匝數(shù)，以及是否有鐵芯等因素有關(guān)，與E、ΔI、Δt等無關(guān)．單位：亨利，符號H. [即學(xué)即用]　判斷下列說法的正誤． (1)在實(shí)際電路中，自感現(xiàn)象有害而無益．(　　) (2)只要電路中有線圈，自感現(xiàn)象就會存在．(　　) (3)發(fā)生斷電自感時，因?yàn)閿嚅_電源之后電路中還有電流，所以不符合能量守恒定律．(　　) (4)線圈中的電流變化越快，自感現(xiàn)象越明顯．(　　) 答案　(1)　(2)　(3)　(4)√ 二、日光燈 [導(dǎo)學(xué)探究]　自感現(xiàn)象可分為斷電自感和通電自感．在使日光燈管啟動的過程中(如圖3為日光燈的結(jié)構(gòu))應(yīng)用了哪種自感現(xiàn)象？啟動器在日光燈電路中的作用是什么？ 圖3 答案　斷電自感　自動開關(guān) [知識梳理] 1．燈管：在高壓激發(fā)下，兩燈絲間的氣體導(dǎo)電，發(fā)出紫外線，管壁上的熒光粉在紫外線照射下發(fā)出可見光． 2．啟動器：在開關(guān)閉合后，氖氣放電發(fā)出輝光，輝光產(chǎn)生熱量使動觸片膨脹變形，與靜觸片接觸之后，輝光放電消失，動觸片降溫恢復(fù)原狀，與靜觸片分離，電路斷開． 3．鎮(zhèn)流器：啟動時產(chǎn)生瞬時高電壓使燈管發(fā)光，正常發(fā)光時，起著降壓限流的作用． [即學(xué)即用]　判斷下列說法的正誤． (1)沒有啟動器，在安啟動器的位置，可以用一根導(dǎo)線，通過瞬時接通、斷開的方式，使日光燈點(diǎn)亮．(　　) (2)日光燈點(diǎn)亮后，啟動器就沒有作用了．(　　) (3)在日光燈正常工作中，鎮(zhèn)流器只會消耗電能，沒有作用．(　　) (4)日光燈正常工作的電壓高于220V．(　　) 答案　(1)√　(2)√　(3)　(4) 一、自感現(xiàn)象的分析 例1　如圖4所示，電感線圈L的自感系數(shù)足夠大，其直流電阻忽略不計，LA、LB是兩個相同的燈泡，且在下列實(shí)驗(yàn)中不會燒毀，電阻R2阻值約等于R1的兩倍，則 (　　) A．閉合開關(guān)S時，LA、LB同時達(dá)到最亮，且LB更亮一些 B．閉合開關(guān)S時，LA、LB均慢慢亮起來，且LA更亮一些 C．?dāng)嚅_開關(guān)S時，LA慢慢熄滅，LB馬上熄滅 D．?dāng)嚅_開關(guān)S時，LA慢慢熄滅，LB閃亮后才慢慢熄滅 圖4 答案　D 解析　由于燈泡LA與線圈L串聯(lián)，燈泡LB與電阻R2串聯(lián)，當(dāng)S閉合的瞬間，通過線圈的電流突然增大，線圈產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的增加，所以LB先亮，A、B錯誤．由于LA所在的支路電阻阻值偏小，故穩(wěn)定時電流大，即LA更亮一些，當(dāng)S斷開的瞬間，線圈產(chǎn)生自感電動勢，兩燈組成的串聯(lián)電路中，電流從IA開始減小，故LA慢慢熄滅，LB閃亮后才慢慢熄滅，C錯誤，D正確． 自感線圈對電流的變化有阻礙作用，具體表現(xiàn)為： (1)通電瞬間自感線圈處相當(dāng)于斷路． (2)斷電時，自感線圈相當(dāng)于電源，其電流由原值逐漸減小，不會發(fā)生突變(必須有閉合回路)． (3)電流穩(wěn)定時自感線圈相當(dāng)于導(dǎo)體，若其直流電阻忽略不計，則相當(dāng)于導(dǎo)線． 針對訓(xùn)練　(多選)如圖5所示，L為一純電感線圈(即電阻為零)，LA是一燈泡，下列說法正確的是 (　　) 圖5 A．開關(guān)S閉合瞬間，無電流通過燈泡 B．開關(guān)S閉合后，電路穩(wěn)定時，無電流通過燈泡 C．開關(guān)S斷開瞬間，無電流通過燈泡 D．開關(guān)S閉合瞬間，燈泡中有從a到b的電流，而在開關(guān)S斷開瞬間，燈泡中有從b到a的電流 答案　BD 解析　開關(guān)S閉合瞬間，燈泡中的電流從a到b，A錯誤；線圈由于自感作用，通過它的電流逐漸增加，開關(guān)S接通后，電路穩(wěn)定時，純電感線圈對電流無阻礙作用，將燈泡短路，燈泡中無電流通過，B正確；開關(guān)S斷開的瞬間，由于線圈的自感作用，線圈中原有向右的電流將逐漸減小，線圈與燈泡形成回路，故燈泡中有從b到a的瞬間電流，C錯誤，D正確． 二、自感現(xiàn)象的圖象問題 例2　如圖6所示的電路中，S閉合且穩(wěn)定后流過電感線圈的電流是2A，流過燈泡的電流是1A，現(xiàn)將S突然斷開，S斷開前后，能正確反映流過燈泡的電流i隨時間t變化關(guān)系的圖象是(　　) 圖6 答案　D 解析　開關(guān)S斷開前，通過燈泡D的電流是穩(wěn)定的，其值為1A．開關(guān)S斷開瞬間，自感線圈的支路由于自感現(xiàn)象會產(chǎn)生與線圈中原電流方向相同的感應(yīng)電動勢，使線圈中的電流從原來的2A逐漸減小，方向不變，且同燈泡D構(gòu)成回路，通過燈泡D的電流和線圈L中的電流相同，也應(yīng)該是從2A逐漸減小到零，但是方向與原來通過燈泡D的電流方向相反，D對． 1．?dāng)嚯姇r，自感線圈處電流由原值逐漸減小，不能發(fā)生突變，而且電流方向也不變． 2．?dāng)嚯娗昂螅瑹o線圈的支路要注意電流方向是否變化． 三、對日光燈的原理的理解 例3　(多選)在日光燈電路中接有啟動器、鎮(zhèn)流器和日光燈管，下列說法中正確的是(　　) A．日光燈點(diǎn)燃后，鎮(zhèn)流器、啟動器都不起作用 B．鎮(zhèn)流器在點(diǎn)燃燈管時產(chǎn)生瞬時高壓，點(diǎn)燃后起降壓限流作用 C．日光燈點(diǎn)亮后，啟動器不再起作用，可以將啟動器去掉 D．日光燈點(diǎn)亮后，使鎮(zhèn)流器短路，日光燈仍能正常發(fā)光，并能降低對電能的消耗 答案　BC 解析　日光燈工作時都要經(jīng)過預(yù)熱、啟動和正常工作三個不同的階段，它們的工作電路如圖所示． 在啟動階段鎮(zhèn)流器與啟動器配合產(chǎn)生瞬時高壓．工作時，電流由鎮(zhèn)流器經(jīng)燈管，不再流過啟動器，故日光燈啟動后啟動器不再工作，可以去掉，而鎮(zhèn)流器還要起降壓限流作用，不能去掉，故選B、C. 1．關(guān)于自感現(xiàn)象，下列說法正確的是(　　) A．感應(yīng)電流一定和原來的電流方向相反 B．對于同一線圈，當(dāng)電流變化越大時，線圈產(chǎn)生的自感電動勢也越大 C．對于同一線圈，當(dāng)電流變化越快時，線圈的自感系數(shù)也越大 D．對于同一線圈，當(dāng)電流變化越快時，線圈中的自感電動勢也越大 答案　D 解析　當(dāng)電流增大時，感應(yīng)電流的方向與原來的電流方向相反，當(dāng)電流減小時，感應(yīng)電流的方向與原來的電流方向相同，故選項A錯誤；自感電動勢的大小，與電流變化快慢有關(guān)，與電流變化大小無關(guān)，故選項B錯誤，D正確；自感系數(shù)只取決于線圈本身的因素及有無鐵芯，與電流變化情況無關(guān)，故選項C錯誤． 2．如圖所示，S為啟動器，L為鎮(zhèn)流器，其中日光燈的接線圖正確的是(　　) 答案　A 解析　根據(jù)日光燈的工作原理，要想使日光燈發(fā)光，燈絲需要預(yù)熱發(fā)出電子，燈管兩端應(yīng)有瞬時高壓，這兩個條件缺一不可．當(dāng)啟動器動、靜觸片分離后，選項B中燈管和電源斷開，選項B錯誤；選項C中鎮(zhèn)流器與燈管斷開，無法將瞬時高壓加在燈管兩端，選項C錯誤；選項D中燈絲左、右端分別被短接，無法預(yù)熱放出電子，不能使燈管內(nèi)氣體導(dǎo)電，選項D錯誤． 3．在如圖7所示的電路中，L為電阻很小的線圈，G1和G2為零刻度在表盤中央的兩相同的電流表．當(dāng)開關(guān)S閉合時，電流表G1、G2的指針都偏向右方，那么當(dāng)斷開開關(guān)S時，將出現(xiàn)的現(xiàn)象是(　　) 圖7 A．G1和G2指針都立即回到零點(diǎn) B．G1指針立即回到零點(diǎn)，而G2指針緩慢地回到零點(diǎn) C．G1指針緩慢地回到零點(diǎn)，而G2指針先立即偏向左方，然后緩慢地回到零點(diǎn) D．G2指針緩慢地回到零點(diǎn)，而G1指針先立即偏向左方，然后緩慢地回到零點(diǎn) 答案　D 解析　根據(jù)題意，電流方向自右向左時，電流表指針向右偏，那么，電流方向自左向右時，電流表指針應(yīng)向左偏．當(dāng)開關(guān)S斷開的瞬間，G1中原電流立即消失，而對于G2所在支路，由于線圈L的自感作用，阻礙電流不能立即消失，自感電流沿L、G2、G1的方向，在由它們組成的閉合回路中繼續(xù)維持一段時間，即G2中的電流按原方向自右向左逐漸減為零，此時G1中的電流和原電流方向相反，變?yōu)樽宰笙蛴遥遗cG2中的電流同時緩慢減為零，故選項D正確． 4．在如圖8所示的電路中，兩個相同的小燈泡L1和L2分別串聯(lián)一個帶鐵芯的電感線圈L和一個滑動變阻器R.閉合開關(guān)S后，調(diào)節(jié)R，使L1和L2發(fā)光的亮度一樣，此時流過兩個燈泡的電流均為I.然后，斷開S.若t′時刻再閉合S，則在t′前后的一小段時間內(nèi)，能正確反映流過L1的電流i1、流過L2的電流i2隨時間t變化的圖象是(　　) 圖8 　 答案　B 一、選擇題(1～6題為單選題，7～10題為多選題) 1.如圖1所示，兩個電阻阻值均為R，電感線圈L的電阻及電池內(nèi)阻均可忽略不計，S原來斷開，電路中電流I0＝，現(xiàn)將S閉合，于是電路中產(chǎn)生了自感電動勢，此自感電動勢的作用是 (　　) 圖1 A．使電路的電流減小，最后由I0減小到零 B．有阻礙電流增大的作用，最后電流小于I0 C．有阻礙電流增大的作用，因而電流總保持不變 D．有阻礙電流增大的作用，但電流最后還是變?yōu)?I0 答案　D 解析　S閉合，電路中電阻減小，電流增大，線圈產(chǎn)生的自感電動勢的作用是阻礙原電流的增大，A錯；阻礙電流增大，不是不讓電流增大，而是讓電流增大的速度變慢，B、C錯；最后達(dá)到穩(wěn)定時，電路中電流為I＝＝2I0，故D正確． 2．如圖2所示是日光燈的結(jié)構(gòu)示意圖，若按圖示的電路連接，關(guān)于日光燈發(fā)光的情況，下列敘述中正確的是(　　) 圖2 A．S1接通，S2、S3斷開，日光燈就能正常發(fā)光 B．S1、S2接通，S3斷開，日光燈就能正常發(fā)光 C．S3斷開，接通S1、S2后，再斷開S2，日光燈就能正常發(fā)光 D．當(dāng)日光燈正常發(fā)光后，再接通S3，日光燈仍能正常發(fā)光 答案　C 解析　當(dāng)S1接通，S2、S3斷開時，電源電壓220V直接加在燈管兩端，達(dá)不到燈管啟動的高壓，不能使氣體電離導(dǎo)電，日光燈不能發(fā)光，選項A錯誤．當(dāng)S1、S2接通，S3斷開時，燈絲兩端被短路，電壓為零，不能使氣體電離導(dǎo)電，日光燈不能發(fā)光，選項B錯誤．當(dāng)日光燈正常發(fā)光后，再接通S3，則鎮(zhèn)流器被短路，燈管兩端電壓過高，會損壞燈管，選項D錯誤．只有當(dāng)S1、S2接通，燈絲被預(yù)熱，發(fā)出電子，再斷開S2，鎮(zhèn)流器中產(chǎn)生很大的自感電動勢，和原電壓一起加在燈管兩端，使氣體電離，日光燈正常發(fā)光，選項C正確． 3.如圖3所示的電路中，A1和A2是兩個相同的小燈泡，L是一個自感系數(shù)相當(dāng)大的線圈，其阻值與R相同．在開關(guān)S接通和斷開時，燈泡A1和A2亮暗的順序是(　　) 圖3 A．接通時A1先達(dá)最亮，斷開時A1后滅 B．接通時A2先達(dá)最亮，斷開時A1后滅 C．接通時A1先達(dá)最亮，斷開時A1先滅 D．接通時A2先達(dá)最亮，斷開時A2先滅 答案　A 解析　當(dāng)開關(guān)S接通時，A1和A2同時亮，但由于自感現(xiàn)象的存在，流過線圈的電流由零變大時，線圈上產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流的增大，使通過線圈的電流從零開始慢慢增加，所以開始時電流幾乎全部從A1通過，而該電流又將同時分路通過A2和R，所以A1先達(dá)最亮，經(jīng)過一段時間電路穩(wěn)定后，A1和A2達(dá)到一樣亮；當(dāng)開關(guān)S斷開時，電源電流立即為零，因此A2立即熄滅，而對A1，由于通過線圈的電流突然減小，線圈中產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流的減小，使線圈L和A1組成的閉合電路中有感應(yīng)電流，所以A1后滅． 4.在制作精密電阻時，為了消除使用過程中由于電流變化而引起的自感現(xiàn)象，采取了雙線繞法，如圖4所示，其道理是(　　) 圖4 A．當(dāng)電路中的電流變化時，兩股導(dǎo)線中產(chǎn)生的自感電動勢相互抵消 B．當(dāng)電路中的電流變化時，兩股導(dǎo)線中產(chǎn)生的感應(yīng)電流互相抵消 C．當(dāng)電路中的電流變化時，兩股導(dǎo)線中產(chǎn)生的磁通量互相抵消 D．當(dāng)電路中的電流變化時，電流的變化量相互抵消 答案　C 解析　能否有感應(yīng)電動勢，關(guān)鍵在于穿過回路的磁通量是否變化．由于導(dǎo)線是雙線繞法，使穿過回路的磁通量等于零，無論通過的電流變化與否，磁通量均為零不變，所以不存在感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流． 5.如圖5所示的電路中，電源的電動勢為E，內(nèi)阻為r，自感線圈L的電阻不計，電阻R的阻值大于燈泡D的阻值，在t＝0時刻閉合開關(guān)S，經(jīng)過一段時間后，在t＝t1時刻斷開S，下列表示A、B兩點(diǎn)間電壓UAB隨時間t變化的圖象中，正確的是(　　) 圖5 答案　B 解析　在t＝0時刻閉合開關(guān)S，由于電感線圈L產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流通過，電源輸出電流較小，路端電壓較高，經(jīng)過一段時間電路穩(wěn)定后，電源輸出電流較大，路端電壓較低．在t＝t1時刻斷開S，電感線圈L產(chǎn)生自感電動勢，與燈泡構(gòu)成閉合回路，燈泡D中有反向電流通過，所以表示A、B兩點(diǎn)間電壓UAB隨時間t變化的圖象中正確的是B. 6．如圖6所示的電路，可用來測定自感系數(shù)較大的線圈的直流電阻，線圈兩端并聯(lián)一個電壓表，用來測量自感線圈兩端的直流電壓，在實(shí)驗(yàn)完畢后，將電路拆開時應(yīng)(　　) 圖6 A．先斷開開關(guān)S1 B．先斷開開關(guān)S2 C．先拆去電流表 D．先拆去電阻R 答案　B 解析　該電路實(shí)際上就是用伏安法測自感線圈的直流電阻電路，在實(shí)驗(yàn)完畢后，由于線圈的自感現(xiàn)象，若電路拆開的先后順序不對，可能會燒壞電表．當(dāng)S1、S2閉合，電路穩(wěn)定時，線圈中的電流由a→b，表右端為“＋”，左端為“－”，指針正向偏轉(zhuǎn)，先斷開S1或先拆表或先拆電阻R的瞬間，線圈中產(chǎn)生的自感電動勢相當(dāng)于瞬間電源，其a端相當(dāng)于電源的負(fù)極，b端相當(dāng)于電源的正極，此時表加了一個反向電壓，使指針反偏．由“自感系數(shù)較大的線圈”知其反偏電壓較大，可能會燒壞表．而先斷開S2，由于電壓表內(nèi)阻很大，電路中總電阻變化很小，電流幾乎不變，不會損壞其他器件，故應(yīng)先斷開S2. 7．下列說法正確的是(　　) A．當(dāng)線圈中電流不變時，線圈中沒有自感電動勢 B．當(dāng)線圈中電流反向時，線圈中自感電動勢的方向與線圈中原電流的方向相反 C．當(dāng)線圈中電流增大時，線圈中自感電動勢的方向與線圈中原電流的方向相反 D．當(dāng)線圈中電流減小時，線圈中自感電動勢的方向與線圈中原電流的方向相反 答案　AC 8．用電流傳感器可以清楚地演示自感對電路中電流的影響，不一定要用兩個燈泡作對比．電流傳感器的作用相當(dāng)于一個電流表，實(shí)驗(yàn)就用電流表的符號表示．它與電流表的一個重要區(qū)別在于，傳感器與計算機(jī)相結(jié)合能夠即時反映電流的迅速變化，并能在屏幕上顯示電流隨時間變化的圖象．先按圖7甲連接電路，測一次后，可以拆掉線圈，按圖乙再測一次，得到(a)、(b)圖象．則下列說法正確的是(　　) 圖7 A．(a)圖象是對應(yīng)甲測得的 B．(a)圖象是對應(yīng)乙測得的 C．(b)圖象是對應(yīng)甲測得的 D．(b)圖象是對應(yīng)乙測得的 答案　AD 解析　電路甲中電流在開關(guān)閉合后，由于自感電動勢作用，逐漸增至最大；電路乙中電流在開關(guān)閉合后，立即增至最大，所以A、D項正確． 9．如圖8所示的電路中，線圈L的自感系數(shù)足夠大，其直流電阻忽略不計，A、B是兩個相同的燈泡，下列說法中正確的是(　　) 圖8 A．S閉合后，A、B同時發(fā)光且亮度不變 B．S閉合后，A立即發(fā)光，然后又逐漸熄滅 C．S斷開的瞬間，A、B同時熄滅 D．S斷開的瞬間，A再次發(fā)光，然后又逐漸熄滅 答案　BD 解析　線圈對變化的電流有阻礙作用，開關(guān)接通時，A、B串聯(lián)，同時發(fā)光，但電流穩(wěn)定后線圈的直流電阻忽略不計，使A被短路，所以A錯誤，B正確；開關(guān)斷開時，線圈產(chǎn)生自感電動勢，與A構(gòu)成回路，A再次發(fā)光，然后又逐漸熄滅，所以C錯誤，D正確． 10.如圖9所示的電路中，L為一個自感系數(shù)很大、直流電阻不計的線圈，D1、D2是兩個完全相同的電燈，E是內(nèi)阻不計的電源．t＝0時刻，閉合開關(guān)S，經(jīng)過一段時間后，電路達(dá)到穩(wěn)定，t1時刻斷開開關(guān)S.I1、I2分別表示通過電燈D1和D2中的電流，規(guī)定圖中箭頭所示方向?yàn)殡娏髡较?，以下各圖中能定性描述電流I隨時間t變化關(guān)系的是(　　) 圖9 答案　AC 二、非選擇題 11．在如圖10所示的日光燈工作原理電路圖中： 圖10 (1)開關(guān)合上前，啟動器的靜觸片和動觸片是________(填“接通的”或“斷開的”)； (2)開關(guān)剛合上時，220V電壓加在________上，使________發(fā)出輝光； (3)日光燈啟動瞬間，燈管兩端電壓________220V(填“大于”“等于”或“小于”)； (4)日光燈正常發(fā)光時，啟動器的靜觸片和動觸片________(填“接通”或“斷開”)，鎮(zhèn)流器起著__________作用，保證日光燈正常工作． 答案　(1)斷開的　(2)啟動器　氖氣放電　(3)大于　(4)斷開　降壓限流 解析　日光燈按原理圖接好電路后，當(dāng)開關(guān)閉合，電源把電壓加到啟動器兩極，使氖氣放電而發(fā)出輝光．輝光產(chǎn)生的熱量使U形動觸片膨脹伸長，跟靜觸片接觸而把電路接通，于是鎮(zhèn)流器的線圈和燈管的燈絲中就有電流通過．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，兩個觸片分離，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(chǎn)生很高的自感電動勢，其方向與原來電壓方向相同，于是日光燈管成為電流的通路開始發(fā)光． 日光燈使用的是交變電流，電流的大小和方向都在不斷地變化，在日光燈正常發(fā)光時，由于交變電流通過鎮(zhèn)流器的線圈，線圈中就會產(chǎn)生自感電動勢，它總是阻礙電流變化，這時鎮(zhèn)流器就起著降壓限流的作用，保證日光燈的正常工作．