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高中物理教科版 (2019)选择性必修 第二册4 自感教学课件ppt
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这是一份高中物理教科版 (2019)选择性必修 第二册4 自感教学课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了自感现象，提示相同，镇流器，启动器，紫外线，荧光粉，通断电路，降压限流等内容，欢迎下载使用。
1．了解自感现象，理解自感电动势对电路中电流的影响。2．了解自感系数的意义和决定因素；知道磁场具有能量。
必备知识·自主预习储备
知识点一 自感现象及自感系数1．自感现象：由于导体线圈本身的____发生变化而引起的电磁感应现象。2．通电自感和断电自感
3．自感电动势在________中产生的电动势叫作自感电动势。
4．自感系数(1)定义：描述通电线圈自身特性的物理量，又称自感或电感。(2)物理意义：表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量。(3)大小的决定因素：与线圈的形状、直径、匝数以及有无____等因素有关。(4)单位：国际单位是亨利，简称亨，符号是__，常用的还有毫亨(mH)和微亨(μH)，1 H＝___ mH＝___ μH。
思考 当线圈电流减少时，自感电动势方向与原电流方向相同还是相反？
知识点二 自感现象的应用——日光灯1．组成____、______、______、导线和开关。2．灯管工作原理：管中气体导电时发出______、______受其照射时发出可见光。可见光的颜色由荧光粉的种类决定。3．启动器启动器的作用：________。
4．镇流器的作用日光灯启动时，提供瞬时____；日光灯启动后________。
思考 镇流器在启动时和在正常工作时分别起什么作用？启辉器中电容器的作用是什么？
提示：瞬时高压，降压限流作用；避免产生电火花。
[预习体验]思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)线圈自感电动势的大小与自感系数L有关，反过来，L与自感电动势也有关。( )(2)线圈中电流最大的瞬间可能没有自感电动势。( )(3)日光灯正常发光后，启动器就不起什么作用了。( )(4)镇流器只起升压作用。( )
关键能力·情境探究达成
如图所示：①A1、A2 是规格完全一样的灯泡。②闭合开关S，调节变阻器R和R1 ，使A1、A2亮度相同且正常发光。③然后断开开关S。重新闭合S，观察到什么现象？
提示：灯泡A2立刻正常发光，跟线圈L串联的灯泡A1逐渐亮起来。
考点1 对自感现象的理解和应用1．自感现象的产生：当线圈中的电流变化时，产生的磁场及穿过自身的磁通量随之变化，依据楞次定律，会在自身产生感应电动势，叫自感电动势。2．规律：自感现象也是电磁感应现象，也符合楞次定律，可表述为自感电动势总要阻碍引起自感的原电流的变化。①当原电流增加时，自感电动势阻碍原电流的增加，方向与原电流方向相反。②当原电流减小时，自感电动势阻碍原电流的减小，方向与原电流方向相同。③自感电动势总要阻碍引起自感的原电流的变化，但阻止不住，只是变化得慢了。
3．自感现象中，灯泡亮度变化的问题
【典例1】 (多选)如图所示，灯A、B完全相同，带铁芯的线圈L的电阻可忽略，则( )A．S闭合的瞬间，灯A、B同时发光，接着灯A变暗，灯B更亮，最后灯A熄灭B．S闭合瞬间，灯A不亮，灯B立即亮C．S闭合瞬间，灯A、B都不立即亮D．稳定后再断开S的瞬间，灯B立即熄灭，灯A闪亮一下再熄灭
AD [S接通的瞬间，L所在支路中电流从无到有发生变化，因此，L中产生的自感电动势阻碍电流增加。由于有铁芯，自感系数较大，对电流的阻碍作用也就很强，所以S接通的瞬间L中的电流非常小，即干路中的电流几乎全部流过灯A，所以灯A、B会同时亮；又由于L中电流逐渐稳定，感应电动势逐渐消失，灯A逐渐变暗，线圈的电阻可忽略，对灯A起到“短路”作用，因此灯A最后熄灭。这个过程电路的总电阻比刚接通时小，由闭合电路知识可知，灯B会更亮。稳定后S断开瞬间，由于线圈的电流较大，L与灯A组成回路，灯A要闪亮一下再熄灭，灯B立即熄灭，故A、D正确。]
[母题变式] 在[典例1]中，若线圈L的电阻为RL且RL>RA(RA为灯A的电阻)，稳定后断开S的瞬间，两个灯的亮暗变化情况是怎样的？
提示：B灯立即熄灭，A灯(不会闪亮)逐渐熄灭。
规律方法 (1)断开开关后，灯泡是否瞬间变得更亮，取决于电路稳定时两支路中电流的大小关系，即由两支路中电阻的大小关系决定。(2)若断开开关后，线圈与灯泡不能组成闭合回路，则灯泡会立即熄灭。(3)自感线圈直流电阻小与直流电阻不计含义不同，稳定时，前者相当于定值电阻，后者出现短路。
[跟进训练]1．如图所示，L1和L2是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其电阻与R相同，由于存在自感现象，在开关S接通和断开时，L1、L2先后亮暗的顺序是( )A．接通时，L1先达最亮；断开时，L1后暗B．接通时，L2先达最亮；断开时，L2后暗C．接通时，L1先达最亮；断开时，L1先暗D．接通时，L2先达最亮；断开时，L2先暗
A [开关闭合时，由于线圈L的自感作用阻碍电流的增大，所以大部分电流从L1中流过，L1先达最亮；开关断开时，线圈中产生的自感电动势阻碍电流减小，自感电流方向与原电流的方向相同，且只能在L与L1的闭合回路中流过，L1中有自感电流，所以L1后暗，故A正确。]
考点2 自感现象中的图像问题自感现象中的I-t图像的处理技巧
【典例2】 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＝t1时刻断开开关S。如选项图所示，表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像中，正确的是( )
A B C D
B [开关S闭合的瞬间，由于L的阻碍作用，由R与L组成的支路相当于断路，后来由于L的阻碍作用不断减小，相当于外电路并联部分的电阻不断减小，根据闭合电路欧姆定律可知，整个电路中的总电流增大，由U内＝Ir得内电压增大，由UAB＝E－Ir得路端电压UAB减小；电路稳定后，由于R的阻值大于灯泡D的阻值，所以流过L支路的电流小于流过灯泡D的电流；当开关S断开时，由于电感L的自感作用，流过灯泡D的电流立即与L电流相等，与灯泡原来的电流方向相反且逐渐减小，即UAB反向减小，B正确。]
规律方法 (1)L中电流变化时，自感电动势对电流有阻碍作用，随着时间的延续，其阻碍作用逐渐变小。(2)UAB有正负之分，根据流过灯泡D的电流方向确定UAB的正负。
[跟进训练]2．在如图所示的电路中，两个相同的小灯泡A1和A2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，调整R，使A1和A2发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均为I。然后，断开开关S。若t′时刻再闭合开关S，则在t′前后的一小段时间内，选项图中正确反映流过A1的电流i1、流过A2的电流i2随时间t变化的图像是( )
A B C D
B [由题中给出的电路可知，电路由L与A1和A2与R两个支路并联，在t′时刻之后，A1支路的电流因为有L的自感作用，所以i1由0逐渐增大，A2支路为纯电阻电路，i2不存在逐渐增大或减小的过程，故B正确。]
考点3 对日光灯原理的理解1．开关闭合后，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形动触片冷却收缩，两个触片分离，电路自动断开。在电路突然断开的瞬间，由于镇流器中的电流急剧减小，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一起加在灯管两端，形成一个瞬时高电压，使灯管中的气体击穿，于是日光灯开始发光。3．日光灯正常发光后，由于交变电流通过镇流器线圈，线圈中会产生自感电动势，它总是阻碍电流变化，镇流器起降压限流的作用，保证日光灯正常发光。
【典例3】 (多选)启动器由电容器和氖管两大部分组成，其中氖管中充有氖气，内部有静触片和U形动触片，通常动、静触片不接触，有一个小缝隙。下列说法正确的是( )A．当电源的电压加在启动器两极时，氖气放电并产生热量，导致U形动触片受热膨胀B．当电源的电压加在启动器两极后，启动器的两个触片才接触，使电路有电流通过C．电源的电压加在启动器两极前，启动器的两个触片就接触着，电路就已经有电流通过D．当电路接通后，两个触片冷却，两个触片重新分离
ABD [依据日光灯的工作原理可知，电源把电压加在启动器的两极之间，使氖气放电而发出辉光，辉光产生热量使U形动触片膨胀伸长，跟静触片接触把电路接通；电路接通后，启动器的氖气停止放电，U形动触片冷却收缩，两个触片分开，电路自动断开，综上所述，A、B、D正确。]
规律方法 镇流器作用的两点说明(1)日光灯管在启动时需要500～700 V的瞬时高压，这个高压是由镇流器产生的自感电动势与电源电压叠加后产生的。(2)当灯管正常发光后，它的电阻变得很小，允许通过较小的电流，需要加在它两端的电压变小，镇流器这时又起到给灯管降压限流的作用。
[跟进训练]3．(多选)如下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( )
A B C D
AC [日光灯工作时，电流通过镇流器、灯丝、电源和启动器形成回路，使启动器发出辉光，相当于启动器短路，同时电流加热灯丝，灯丝发射电子，镇流器起控制加热电流的作用；之后启动器断开瞬间，镇流器产生很大的自感电动势，出现一个高电压加在灯管两端，灯管中的气体放电、发光，此时启动器已无作用。所以启动器可用手动的开关来代替(实际操作时，当启动器丢失或损坏时，可将连接启动器的两个线头短接然后再断开)，故A、C正确。]
学习效果·随堂评估自测
1．关于线圈的自感系数，下列说法正确的是( )A．线圈的自感系数越大，自感电动势一定越大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因素及有无铁芯决定
D [自感系数是线圈本身的固有属性，只取决于线圈长短、粗细、匝数、有无铁芯等因素，而与电流变化快慢等外部因素无关；自感电动势的大小与线圈自感系数及电流变化率有关，A、B、C错误，D正确。]
2．如图所示，L为自感系数较大的线圈，电路稳定后小灯泡正常发光，当断开开关S的瞬间会有( )A．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
A [本题中，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在S断开后不能形成闭合回路，故在开关断开后通过灯A的电流为零，灯立即熄灭，故A正确。]
3．若将图甲中启动器换为开关S1，并给镇流器并联一个开关S2，如图乙所示，则下列叙述正确的是( ) A．只把S3接通，日光灯就能正常发光B．把S3、S1接通后，S2不接通，日光灯就能正常发光C．S2不接通，接通S3、S1后，再断开S1，日光灯就能正常发光D．当日光灯正常发光后，再接通S2，日光灯仍能正常发光
C [一般日光灯启动时，瞬间把电源、灯丝、镇流器接通，然后启动器自动断开，靠镇流器产生瞬时高压，使灯管内气体导电，所以启动时既要使题图乙中S3闭合，又需使S1瞬间闭合再断开，A、B错误，C正确；正常工作时镇流器起降压限流作用，若把题图乙中S2闭合，则镇流器失去作用，日光灯不能正常工作，D错误。]
回归本节知识，自我完成以下问题：(1)在断电自感中，哪个灯泡电流方向不会变化，不会出现亮一下熄灭？
提示：与线圈串联的灯泡。
(2)在断电自感中为什么有可能出现灯泡亮一下熄灭火？
提示：断电后通过线圈自感现象产生的电流超过灯泡原来的电流。
课时分层作业(八) 自感
题组一 对自感现象的理解和应用1．关于自感现象、自感系数、自感电动势，下列说法正确的是( )A．当线圈中通恒定电流时，线圈中没有自感现象，线圈自感系数为零B．线圈中电流变化越快，线圈中的自感系数越大C．自感电动势与原电流方向相反D．对于确定的线圈，其产生的自感电动势与其电流变化率成正比
2．如图所示，电路中电源内阻不能忽略，电阻R的阻值和L的自感系数都很大，A、B为两个完全相同的灯泡，当S闭合时，下列说法正确的是( )A．A比B先亮，然后A熄灭B．B比A先亮，然后A逐渐变亮C．A、B一起亮，然后A熄灭D．A、B一起亮，然后B熄灭
B [闭合开关的一瞬间，由于线圈中自感电动势的阻碍，B灯先亮，A灯后亮，然后A中电流逐渐增大，A灯逐渐变亮，B正确。]
3．如图甲、乙所示，电感线圈L的电阻很小，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，下列说法正确的是( ) A．在电路甲中，断开S，A将立即熄灭B．在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后逐渐变暗C．在电路乙中，断开S，A将逐渐变暗D．在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
D [题图甲中，灯泡A与电感线圈L在同一支路中，流过的电流相同，断开开关S时，线圈L中的自感电动势的作用使得支路中的电流瞬间不变，然后渐渐变小，A、B错误；题图乙中，灯泡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灯泡A供电。因此反向流过A的电流瞬间要变大，然后逐渐变小，所以灯泡要先更亮一下，然后逐渐变暗，C错误，D正确。]
4．如图所示的电路，可用来测定自感系数较大的线圈的直流电阻，线圈两端并联一个电压表，用来测量自感线圈两端的直流电压，在实验完毕后，将电路拆开时应( )A．先断开开关S1 B．先断开开关S2C．先拆去电流表 D．先拆去电阻R
B [该电路实际上就是伏安法测电感线圈的直流电阻的电路，在实验完毕后，由于线圈的自感作用，若电路拆去的先后顺序不对，可能会烧坏电表。当S1、S2闭合，电路稳定时，线圈中的电流方向是a→b，电压表右端为“＋”，左端为“－”，指针正向偏转，若先断开S1或先拆电流表或先拆去电阻R的瞬间，线圈中产生的自感电动势相当于瞬间电源，其a端相当于电源的负极，b端相当于电源的正极，此时电压表两端被加了一个反向电压，指针反偏。由“自感系数较大的线圈”知其反偏电压很大，可能会烧坏电压表。若先断开S2，由于电压表内阻很大，电路中总电阻变化很小，电流几乎不变，不会损坏其他器件，故应先断开S2，故B正确。]
5．如图所示，L1、L2为两个相同的灯泡，线圈L的直流电阻不计，灯泡L1与理想二极管D相连，下列说法正确的是( )A．闭合开关S后，L1会逐渐变亮B．闭合开关S稳定后，L1、L2亮度相同C．断开S的瞬间，L1会逐渐熄灭D．断开S的瞬间，a点的电势比b点高
D [闭合开关S后，线圈自感只是阻碍流过L的电流增大，但两灯立刻变亮，A错误；闭合开关S稳定后，因线圈L的直流电阻不计，所以L1与二极管被短路，导致灯泡L1不亮，而L2将更亮，因此L1、L2亮度不同，B错误；断开S的瞬间，L2会立刻熄灭，线圈L与灯泡L1及二极管构成回路，因线圈产生感应电动势，a端的电势高于b端，但此时的二极管反接，所以回路中没有电流，L1立即熄灭，C错误，D正确。故选D。]
6．(多选)如图所示，L1和L2为直流电阻可忽略且自感系数很大的电感线圈，调节乙电路中的滑动变阻器使其阻值均很小，小灯泡A2和A3均能亮。A1、A2和A3分别为三个相同的小灯泡。下列说法正确的是( )A．图甲中，闭合S1，随着电路稳定后，A1会逐渐熄灭B．图甲中，闭合S1瞬间和断开S1瞬间，通过A1的电流方向相同C．图乙中，断开S2瞬间，灯A3闪亮一下再缓慢熄灭D．图乙中，闭合S2瞬间，灯A2先于灯A3亮
AC [题图甲中L1为直流电阻可忽略的电感线圈，闭合S1，电路稳定后，灯泡A1短路，无电流，故A正确；题图甲中，闭合S1的瞬间，流过灯泡A1的电流的方向向右；L1为自感系数很大的自感线圈，则断开S1的瞬间，自感电动势将阻碍其电流的减小，所以流过L1的电流方向不变，所以流过灯泡A1的电流的方向与开始时是相反的，故B错误；题图乙中，闭合S2电路中的电流稳定后两个灯泡都亮，断开S2瞬间，L2对电流减小有阻碍作用，此时L2与两个灯泡以及滑动变阻器组成闭合回路，所以A2、A3电流都逐渐减小，灯泡逐渐变暗直至熄灭，但由于L2为直流电阻可忽略的，因此在断开S2瞬间通过灯A3的电流比原来大，故灯A3先闪亮一下，后再缓慢熄灭，故C正确；题图乙中，闭合S2瞬间，L2对电流有阻碍作用，所以灯A2逐渐变亮，灯A3立刻变亮，故D错误。]
题组二 自感现象中的图像问题7．(多选)如图所示，用电流传感器研究自感现象。电源内阻不可忽略，线圈的自感系数较大，其直流电阻小于电阻R的阻值。t＝0时刻闭合开关S，电路稳定后，t1时刻断开S，电流传感器连接计算机分别描绘了整个过程线圈中的电流IL和电阻中的电流IR随时间t变化的图像。下列图像可能正确的是( )
A B
C D
AD [L为一个自感系数很大、直流电阻小于电阻R的阻值的线圈，电感阻碍电流变化，当开关闭合后，电感的阻碍逐渐减小，即流过电感的电流增大，所以IL增大，最后稳定时电感相当于电阻，IL为恒定，当开关断开后，电感阻碍自身电流变化，产生的感应电流仍沿着原来方向，不过大小在减小，B错误，A正确；当开关闭合时，电感阻碍电流变化，L为一个自感系数很大、有直流电阻的线圈，导致通过电阻的电流刚开始较大，当电感的阻碍逐渐减小，即流过电感的电流增大，所以IR减小，最后稳定，由于自感线圈L直流电阻值小于灯泡R的阻值，通过线圈L的电流大于通过灯泡R的电流，当断开开关，原来通过R的电流立即消失，电感阻碍自身电流变化，产生的感应电流流过电阻，其方向与原流过电阻的电流方向相反，减小最后为0，C错误，D正确。故选AD。]
8．(多选)如图所示的电路中，L是一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈，D1、D2和D3是三个完全相同的灯泡，E是内阻不计的电源。在t＝0时刻，闭合开关S，电路稳定后在t1时刻断开开关S。规定电路稳定时流过D1、D2的电流方向为正方向，分别用I1、I2表示流过D1和D2的电流，则下图中能定性描述电流I随时间t变化关系的是( )
BC [当闭合开关S时，因为线圈与D1串联，所以电流I1会慢慢增大，灯泡D2这一支路立即就有电流。当开关S断开时，D2这一支路电流立即消失，因为线圈阻碍电流的减小且方向不变，所以通过D1的电流不会立即消失，会从原来的大小慢慢减小，而且D1和D2、D3构成回路，通过D1的电流也流过D2，所以I2变成反向，且逐渐减小，故B、C正确，A、D错误。]
题组三 对日光灯原理的理解9．图甲所示是日光灯的电路图，它主要是由灯管、镇流器和启动器组成的，镇流器是一个带铁芯的线圈，启动器的构造如图乙所示，为了保护启动器常在启动器的两极并上一电容器C。某教室的一盏日光灯总是出现灯管两端亮而中间不亮的情况，经检查灯管是好的，且电压正常，镇流器无故障，其原因可能是( )A．启动器两脚与启动器座接触不良B．电容器C断路C．电容器C击穿而短路D．镇流器自感系数L太大
C [日光灯启动器的作用是，当电压加到启动器两端时，启动器内的金属片受热膨胀而短路，短路后金属片放热断开，断开时在镇流器上感应出高压加到日光灯两端，使日光灯内的汞电离导通，日光灯发光。A、B、D都不会影响启动器内的金属片功能，只有“电容器C击穿而短路”不能使金属片正常断开，故C正确，A、B、D错误。]
10．如图所示是一种延时继电器的示意图，铁芯上有两个线圈A和B，线圈A跟电源连接，线圈B两端连在一起构成闭合电路，铁质杆D的右端与金属触头C绝缘相连，C连接工作电路，弹簧K可以拉起杆D从而使工作电路断开。下列说法正确的是( )A．工作电路正常工作时，弹簧K处于原长状态B．工作电路正常工作时，B线圈中有感应电流C．开关S断开瞬间，铁芯能继续吸住铁杆D一小段时间D．减少线圈B的匝数，对电路的延时效果没有影响
C [工作电路正常工作时，金属触头C将工作电路连通，此时弹簧K处于拉伸状态，此时由于线圈A的电流不变，穿过线圈A的磁通量不变，则线圈B中的磁通量不变，B线圈中没有感应电流，选项A、B错误；开关S断开瞬间，线圈A中电流减小，则穿过线圈B的磁通量减小，从而在线圈B中产生感应电流，使铁芯的磁性逐渐减弱，从而铁芯能继续吸住铁杆D一小段时间，起到延时的作用，选项C正确；减少线圈B的匝数，则当开关S断开的瞬时，B中产生的感应电流会减小，铁芯的磁性减弱，则对电路的延时效果有影响，选项D错误。故选C。]
11．如图所示，两灯泡A1、A2相同，A1与一理想二极管D连接，自感系数较大的线圈L的直流电阻不计。下列说法正确的是( ) A．闭合开关S后，A1会逐渐变亮B．断开S的瞬间，A1会立即熄灭C．断开S的瞬间，A1会逐渐熄灭D．闭合开关S稳定后，A1、A2亮度相同
B [闭合开关S后，因线圈自感，但两灯和线圈不是串联的关系，则两灯立刻亮，故A错误；断开S的瞬间，A2会立刻熄灭，线圈L与灯泡A1及二极管构成回路，因线圈产生感应电动势，a端的电势低于b端，但二极管具有单向导电性，所以回路没有感应电流，A1也是立即熄灭，故C错误，B正确；闭合开关S稳定后，因线圈L的直流电阻不计，所以A1与二极管被短路，导致灯泡A1不亮，而A2将更亮，因此A1、A2亮度不同，故D错误。]
12．如图所示的电路中，L为自感线圈，其直流电阻与电阻R相等，C为电容器，电源内阻不可忽略，当开关S由闭合变为断开时，下列说法正确的是( ) A．A灯立即熄灭B．A灯突然闪亮一下再熄灭，d点电势比c点高C．B灯无电流通过，不可能变亮D．电容器立即放电
B [当开关S由闭合变为断开时，线圈中产生自感电动势，与灯泡A和电阻R构成闭合回路放电，由于断开前流过线圈的电流大于流过灯泡A的电流，故A灯突然闪亮一下再熄灭，电流从d到c，故d点电势比c点高，故A错误，B正确；当开关S由闭合变为断开时，外电路的总电流减小，故内电压减小，根据闭合电路欧姆定律，电源的输出电压增加，故电容器充电，有充电电流，故B灯有电流通过，电流方向由a到b，故C、D错误。]
13．如图甲所示为研究自感实验电路图，并用电流传感器显示出在t＝1×10-3 s时断开开关前后一段时间内各时刻通过线圈L的电流(如图乙所示)。已知电源电动势E＝6 V，内阻不计，灯泡的阻值R1为6 Ω，电阻R的阻值为 2 Ω。求：(1)线圈的直流电阻RL；(2)开关断开时，该同学观察到的现象是什么？并计算开关断开瞬间线圈产生的自感电动势是多少？
1．了解自感现象，理解自感电动势对电路中电流的影响。2．了解自感系数的意义和决定因素；知道磁场具有能量。
必备知识·自主预习储备
知识点一 自感现象及自感系数1．自感现象：由于导体线圈本身的____发生变化而引起的电磁感应现象。2．通电自感和断电自感
3．自感电动势在________中产生的电动势叫作自感电动势。
4．自感系数(1)定义：描述通电线圈自身特性的物理量，又称自感或电感。(2)物理意义：表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量。(3)大小的决定因素：与线圈的形状、直径、匝数以及有无____等因素有关。(4)单位：国际单位是亨利，简称亨，符号是__，常用的还有毫亨(mH)和微亨(μH)，1 H＝___ mH＝___ μH。
思考 当线圈电流减少时，自感电动势方向与原电流方向相同还是相反？
知识点二 自感现象的应用——日光灯1．组成____、______、______、导线和开关。2．灯管工作原理：管中气体导电时发出______、______受其照射时发出可见光。可见光的颜色由荧光粉的种类决定。3．启动器启动器的作用：________。
4．镇流器的作用日光灯启动时，提供瞬时____；日光灯启动后________。
思考 镇流器在启动时和在正常工作时分别起什么作用？启辉器中电容器的作用是什么？
提示：瞬时高压，降压限流作用；避免产生电火花。
[预习体验]思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)线圈自感电动势的大小与自感系数L有关，反过来，L与自感电动势也有关。( )(2)线圈中电流最大的瞬间可能没有自感电动势。( )(3)日光灯正常发光后，启动器就不起什么作用了。( )(4)镇流器只起升压作用。( )
关键能力·情境探究达成
如图所示：①A1、A2 是规格完全一样的灯泡。②闭合开关S，调节变阻器R和R1 ，使A1、A2亮度相同且正常发光。③然后断开开关S。重新闭合S，观察到什么现象？
提示：灯泡A2立刻正常发光，跟线圈L串联的灯泡A1逐渐亮起来。
考点1 对自感现象的理解和应用1．自感现象的产生：当线圈中的电流变化时，产生的磁场及穿过自身的磁通量随之变化，依据楞次定律，会在自身产生感应电动势，叫自感电动势。2．规律：自感现象也是电磁感应现象，也符合楞次定律，可表述为自感电动势总要阻碍引起自感的原电流的变化。①当原电流增加时，自感电动势阻碍原电流的增加，方向与原电流方向相反。②当原电流减小时，自感电动势阻碍原电流的减小，方向与原电流方向相同。③自感电动势总要阻碍引起自感的原电流的变化，但阻止不住，只是变化得慢了。
3．自感现象中，灯泡亮度变化的问题
【典例1】 (多选)如图所示，灯A、B完全相同，带铁芯的线圈L的电阻可忽略，则( )A．S闭合的瞬间，灯A、B同时发光，接着灯A变暗，灯B更亮，最后灯A熄灭B．S闭合瞬间，灯A不亮，灯B立即亮C．S闭合瞬间，灯A、B都不立即亮D．稳定后再断开S的瞬间，灯B立即熄灭，灯A闪亮一下再熄灭
AD [S接通的瞬间，L所在支路中电流从无到有发生变化，因此，L中产生的自感电动势阻碍电流增加。由于有铁芯，自感系数较大，对电流的阻碍作用也就很强，所以S接通的瞬间L中的电流非常小，即干路中的电流几乎全部流过灯A，所以灯A、B会同时亮；又由于L中电流逐渐稳定，感应电动势逐渐消失，灯A逐渐变暗，线圈的电阻可忽略，对灯A起到“短路”作用，因此灯A最后熄灭。这个过程电路的总电阻比刚接通时小，由闭合电路知识可知，灯B会更亮。稳定后S断开瞬间，由于线圈的电流较大，L与灯A组成回路，灯A要闪亮一下再熄灭，灯B立即熄灭，故A、D正确。]
[母题变式] 在[典例1]中，若线圈L的电阻为RL且RL>RA(RA为灯A的电阻)，稳定后断开S的瞬间，两个灯的亮暗变化情况是怎样的？
提示：B灯立即熄灭，A灯(不会闪亮)逐渐熄灭。
规律方法 (1)断开开关后，灯泡是否瞬间变得更亮，取决于电路稳定时两支路中电流的大小关系，即由两支路中电阻的大小关系决定。(2)若断开开关后，线圈与灯泡不能组成闭合回路，则灯泡会立即熄灭。(3)自感线圈直流电阻小与直流电阻不计含义不同，稳定时，前者相当于定值电阻，后者出现短路。
[跟进训练]1．如图所示，L1和L2是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其电阻与R相同，由于存在自感现象，在开关S接通和断开时，L1、L2先后亮暗的顺序是( )A．接通时，L1先达最亮；断开时，L1后暗B．接通时，L2先达最亮；断开时，L2后暗C．接通时，L1先达最亮；断开时，L1先暗D．接通时，L2先达最亮；断开时，L2先暗
A [开关闭合时，由于线圈L的自感作用阻碍电流的增大，所以大部分电流从L1中流过，L1先达最亮；开关断开时，线圈中产生的自感电动势阻碍电流减小，自感电流方向与原电流的方向相同，且只能在L与L1的闭合回路中流过，L1中有自感电流，所以L1后暗，故A正确。]
考点2 自感现象中的图像问题自感现象中的I-t图像的处理技巧
【典例2】 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＝t1时刻断开开关S。如选项图所示，表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像中，正确的是( )
A B C D
B [开关S闭合的瞬间，由于L的阻碍作用，由R与L组成的支路相当于断路，后来由于L的阻碍作用不断减小，相当于外电路并联部分的电阻不断减小，根据闭合电路欧姆定律可知，整个电路中的总电流增大，由U内＝Ir得内电压增大，由UAB＝E－Ir得路端电压UAB减小；电路稳定后，由于R的阻值大于灯泡D的阻值，所以流过L支路的电流小于流过灯泡D的电流；当开关S断开时，由于电感L的自感作用，流过灯泡D的电流立即与L电流相等，与灯泡原来的电流方向相反且逐渐减小，即UAB反向减小，B正确。]
规律方法 (1)L中电流变化时，自感电动势对电流有阻碍作用，随着时间的延续，其阻碍作用逐渐变小。(2)UAB有正负之分，根据流过灯泡D的电流方向确定UAB的正负。
[跟进训练]2．在如图所示的电路中，两个相同的小灯泡A1和A2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，调整R，使A1和A2发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均为I。然后，断开开关S。若t′时刻再闭合开关S，则在t′前后的一小段时间内，选项图中正确反映流过A1的电流i1、流过A2的电流i2随时间t变化的图像是( )
A B C D
B [由题中给出的电路可知，电路由L与A1和A2与R两个支路并联，在t′时刻之后，A1支路的电流因为有L的自感作用，所以i1由0逐渐增大，A2支路为纯电阻电路，i2不存在逐渐增大或减小的过程，故B正确。]
考点3 对日光灯原理的理解1．开关闭合后，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形动触片冷却收缩，两个触片分离，电路自动断开。在电路突然断开的瞬间，由于镇流器中的电流急剧减小，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一起加在灯管两端，形成一个瞬时高电压，使灯管中的气体击穿，于是日光灯开始发光。3．日光灯正常发光后，由于交变电流通过镇流器线圈，线圈中会产生自感电动势，它总是阻碍电流变化，镇流器起降压限流的作用，保证日光灯正常发光。
【典例3】 (多选)启动器由电容器和氖管两大部分组成，其中氖管中充有氖气，内部有静触片和U形动触片，通常动、静触片不接触，有一个小缝隙。下列说法正确的是( )A．当电源的电压加在启动器两极时，氖气放电并产生热量，导致U形动触片受热膨胀B．当电源的电压加在启动器两极后，启动器的两个触片才接触，使电路有电流通过C．电源的电压加在启动器两极前，启动器的两个触片就接触着，电路就已经有电流通过D．当电路接通后，两个触片冷却，两个触片重新分离
ABD [依据日光灯的工作原理可知，电源把电压加在启动器的两极之间，使氖气放电而发出辉光，辉光产生热量使U形动触片膨胀伸长，跟静触片接触把电路接通；电路接通后，启动器的氖气停止放电，U形动触片冷却收缩，两个触片分开，电路自动断开，综上所述，A、B、D正确。]
规律方法 镇流器作用的两点说明(1)日光灯管在启动时需要500～700 V的瞬时高压，这个高压是由镇流器产生的自感电动势与电源电压叠加后产生的。(2)当灯管正常发光后，它的电阻变得很小，允许通过较小的电流，需要加在它两端的电压变小，镇流器这时又起到给灯管降压限流的作用。
[跟进训练]3．(多选)如下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( )
A B C D
AC [日光灯工作时，电流通过镇流器、灯丝、电源和启动器形成回路，使启动器发出辉光，相当于启动器短路，同时电流加热灯丝，灯丝发射电子，镇流器起控制加热电流的作用；之后启动器断开瞬间，镇流器产生很大的自感电动势，出现一个高电压加在灯管两端，灯管中的气体放电、发光，此时启动器已无作用。所以启动器可用手动的开关来代替(实际操作时，当启动器丢失或损坏时，可将连接启动器的两个线头短接然后再断开)，故A、C正确。]
学习效果·随堂评估自测
1．关于线圈的自感系数，下列说法正确的是( )A．线圈的自感系数越大，自感电动势一定越大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因素及有无铁芯决定
D [自感系数是线圈本身的固有属性，只取决于线圈长短、粗细、匝数、有无铁芯等因素，而与电流变化快慢等外部因素无关；自感电动势的大小与线圈自感系数及电流变化率有关，A、B、C错误，D正确。]
2．如图所示，L为自感系数较大的线圈，电路稳定后小灯泡正常发光，当断开开关S的瞬间会有( )A．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
A [本题中，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在S断开后不能形成闭合回路，故在开关断开后通过灯A的电流为零，灯立即熄灭，故A正确。]
3．若将图甲中启动器换为开关S1，并给镇流器并联一个开关S2，如图乙所示，则下列叙述正确的是( ) A．只把S3接通，日光灯就能正常发光B．把S3、S1接通后，S2不接通，日光灯就能正常发光C．S2不接通，接通S3、S1后，再断开S1，日光灯就能正常发光D．当日光灯正常发光后，再接通S2，日光灯仍能正常发光
C [一般日光灯启动时，瞬间把电源、灯丝、镇流器接通，然后启动器自动断开，靠镇流器产生瞬时高压，使灯管内气体导电，所以启动时既要使题图乙中S3闭合，又需使S1瞬间闭合再断开，A、B错误，C正确；正常工作时镇流器起降压限流作用，若把题图乙中S2闭合，则镇流器失去作用，日光灯不能正常工作，D错误。]
回归本节知识，自我完成以下问题：(1)在断电自感中，哪个灯泡电流方向不会变化，不会出现亮一下熄灭？
提示：与线圈串联的灯泡。
(2)在断电自感中为什么有可能出现灯泡亮一下熄灭火？
提示：断电后通过线圈自感现象产生的电流超过灯泡原来的电流。
课时分层作业(八) 自感
题组一 对自感现象的理解和应用1．关于自感现象、自感系数、自感电动势，下列说法正确的是( )A．当线圈中通恒定电流时，线圈中没有自感现象，线圈自感系数为零B．线圈中电流变化越快，线圈中的自感系数越大C．自感电动势与原电流方向相反D．对于确定的线圈，其产生的自感电动势与其电流变化率成正比
2．如图所示，电路中电源内阻不能忽略，电阻R的阻值和L的自感系数都很大，A、B为两个完全相同的灯泡，当S闭合时，下列说法正确的是( )A．A比B先亮，然后A熄灭B．B比A先亮，然后A逐渐变亮C．A、B一起亮，然后A熄灭D．A、B一起亮，然后B熄灭
B [闭合开关的一瞬间，由于线圈中自感电动势的阻碍，B灯先亮，A灯后亮，然后A中电流逐渐增大，A灯逐渐变亮，B正确。]
3．如图甲、乙所示，电感线圈L的电阻很小，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，下列说法正确的是( ) A．在电路甲中，断开S，A将立即熄灭B．在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后逐渐变暗C．在电路乙中，断开S，A将逐渐变暗D．在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
D [题图甲中，灯泡A与电感线圈L在同一支路中，流过的电流相同，断开开关S时，线圈L中的自感电动势的作用使得支路中的电流瞬间不变，然后渐渐变小，A、B错误；题图乙中，灯泡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灯泡A供电。因此反向流过A的电流瞬间要变大，然后逐渐变小，所以灯泡要先更亮一下，然后逐渐变暗，C错误，D正确。]
4．如图所示的电路，可用来测定自感系数较大的线圈的直流电阻，线圈两端并联一个电压表，用来测量自感线圈两端的直流电压，在实验完毕后，将电路拆开时应( )A．先断开开关S1 B．先断开开关S2C．先拆去电流表 D．先拆去电阻R
B [该电路实际上就是伏安法测电感线圈的直流电阻的电路，在实验完毕后，由于线圈的自感作用，若电路拆去的先后顺序不对，可能会烧坏电表。当S1、S2闭合，电路稳定时，线圈中的电流方向是a→b，电压表右端为“＋”，左端为“－”，指针正向偏转，若先断开S1或先拆电流表或先拆去电阻R的瞬间，线圈中产生的自感电动势相当于瞬间电源，其a端相当于电源的负极，b端相当于电源的正极，此时电压表两端被加了一个反向电压，指针反偏。由“自感系数较大的线圈”知其反偏电压很大，可能会烧坏电压表。若先断开S2，由于电压表内阻很大，电路中总电阻变化很小，电流几乎不变，不会损坏其他器件，故应先断开S2，故B正确。]
5．如图所示，L1、L2为两个相同的灯泡，线圈L的直流电阻不计，灯泡L1与理想二极管D相连，下列说法正确的是( )A．闭合开关S后，L1会逐渐变亮B．闭合开关S稳定后，L1、L2亮度相同C．断开S的瞬间，L1会逐渐熄灭D．断开S的瞬间，a点的电势比b点高
D [闭合开关S后，线圈自感只是阻碍流过L的电流增大，但两灯立刻变亮，A错误；闭合开关S稳定后，因线圈L的直流电阻不计，所以L1与二极管被短路，导致灯泡L1不亮，而L2将更亮，因此L1、L2亮度不同，B错误；断开S的瞬间，L2会立刻熄灭，线圈L与灯泡L1及二极管构成回路，因线圈产生感应电动势，a端的电势高于b端，但此时的二极管反接，所以回路中没有电流，L1立即熄灭，C错误，D正确。故选D。]
6．(多选)如图所示，L1和L2为直流电阻可忽略且自感系数很大的电感线圈，调节乙电路中的滑动变阻器使其阻值均很小，小灯泡A2和A3均能亮。A1、A2和A3分别为三个相同的小灯泡。下列说法正确的是( )A．图甲中，闭合S1，随着电路稳定后，A1会逐渐熄灭B．图甲中，闭合S1瞬间和断开S1瞬间，通过A1的电流方向相同C．图乙中，断开S2瞬间，灯A3闪亮一下再缓慢熄灭D．图乙中，闭合S2瞬间，灯A2先于灯A3亮
AC [题图甲中L1为直流电阻可忽略的电感线圈，闭合S1，电路稳定后，灯泡A1短路，无电流，故A正确；题图甲中，闭合S1的瞬间，流过灯泡A1的电流的方向向右；L1为自感系数很大的自感线圈，则断开S1的瞬间，自感电动势将阻碍其电流的减小，所以流过L1的电流方向不变，所以流过灯泡A1的电流的方向与开始时是相反的，故B错误；题图乙中，闭合S2电路中的电流稳定后两个灯泡都亮，断开S2瞬间，L2对电流减小有阻碍作用，此时L2与两个灯泡以及滑动变阻器组成闭合回路，所以A2、A3电流都逐渐减小，灯泡逐渐变暗直至熄灭，但由于L2为直流电阻可忽略的，因此在断开S2瞬间通过灯A3的电流比原来大，故灯A3先闪亮一下，后再缓慢熄灭，故C正确；题图乙中，闭合S2瞬间，L2对电流有阻碍作用，所以灯A2逐渐变亮，灯A3立刻变亮，故D错误。]
题组二 自感现象中的图像问题7．(多选)如图所示，用电流传感器研究自感现象。电源内阻不可忽略，线圈的自感系数较大，其直流电阻小于电阻R的阻值。t＝0时刻闭合开关S，电路稳定后，t1时刻断开S，电流传感器连接计算机分别描绘了整个过程线圈中的电流IL和电阻中的电流IR随时间t变化的图像。下列图像可能正确的是( )
A B
C D
AD [L为一个自感系数很大、直流电阻小于电阻R的阻值的线圈，电感阻碍电流变化，当开关闭合后，电感的阻碍逐渐减小，即流过电感的电流增大，所以IL增大，最后稳定时电感相当于电阻，IL为恒定，当开关断开后，电感阻碍自身电流变化，产生的感应电流仍沿着原来方向，不过大小在减小，B错误，A正确；当开关闭合时，电感阻碍电流变化，L为一个自感系数很大、有直流电阻的线圈，导致通过电阻的电流刚开始较大，当电感的阻碍逐渐减小，即流过电感的电流增大，所以IR减小，最后稳定，由于自感线圈L直流电阻值小于灯泡R的阻值，通过线圈L的电流大于通过灯泡R的电流，当断开开关，原来通过R的电流立即消失，电感阻碍自身电流变化，产生的感应电流流过电阻，其方向与原流过电阻的电流方向相反，减小最后为0，C错误，D正确。故选AD。]
8．(多选)如图所示的电路中，L是一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈，D1、D2和D3是三个完全相同的灯泡，E是内阻不计的电源。在t＝0时刻，闭合开关S，电路稳定后在t1时刻断开开关S。规定电路稳定时流过D1、D2的电流方向为正方向，分别用I1、I2表示流过D1和D2的电流，则下图中能定性描述电流I随时间t变化关系的是( )
BC [当闭合开关S时，因为线圈与D1串联，所以电流I1会慢慢增大，灯泡D2这一支路立即就有电流。当开关S断开时，D2这一支路电流立即消失，因为线圈阻碍电流的减小且方向不变，所以通过D1的电流不会立即消失，会从原来的大小慢慢减小，而且D1和D2、D3构成回路，通过D1的电流也流过D2，所以I2变成反向，且逐渐减小，故B、C正确，A、D错误。]
题组三 对日光灯原理的理解9．图甲所示是日光灯的电路图，它主要是由灯管、镇流器和启动器组成的，镇流器是一个带铁芯的线圈，启动器的构造如图乙所示，为了保护启动器常在启动器的两极并上一电容器C。某教室的一盏日光灯总是出现灯管两端亮而中间不亮的情况，经检查灯管是好的，且电压正常，镇流器无故障，其原因可能是( )A．启动器两脚与启动器座接触不良B．电容器C断路C．电容器C击穿而短路D．镇流器自感系数L太大
C [日光灯启动器的作用是，当电压加到启动器两端时，启动器内的金属片受热膨胀而短路，短路后金属片放热断开，断开时在镇流器上感应出高压加到日光灯两端，使日光灯内的汞电离导通，日光灯发光。A、B、D都不会影响启动器内的金属片功能，只有“电容器C击穿而短路”不能使金属片正常断开，故C正确，A、B、D错误。]
10．如图所示是一种延时继电器的示意图，铁芯上有两个线圈A和B，线圈A跟电源连接，线圈B两端连在一起构成闭合电路，铁质杆D的右端与金属触头C绝缘相连，C连接工作电路，弹簧K可以拉起杆D从而使工作电路断开。下列说法正确的是( )A．工作电路正常工作时，弹簧K处于原长状态B．工作电路正常工作时，B线圈中有感应电流C．开关S断开瞬间，铁芯能继续吸住铁杆D一小段时间D．减少线圈B的匝数，对电路的延时效果没有影响
C [工作电路正常工作时，金属触头C将工作电路连通，此时弹簧K处于拉伸状态，此时由于线圈A的电流不变，穿过线圈A的磁通量不变，则线圈B中的磁通量不变，B线圈中没有感应电流，选项A、B错误；开关S断开瞬间，线圈A中电流减小，则穿过线圈B的磁通量减小，从而在线圈B中产生感应电流，使铁芯的磁性逐渐减弱，从而铁芯能继续吸住铁杆D一小段时间，起到延时的作用，选项C正确；减少线圈B的匝数，则当开关S断开的瞬时，B中产生的感应电流会减小，铁芯的磁性减弱，则对电路的延时效果有影响，选项D错误。故选C。]
11．如图所示，两灯泡A1、A2相同，A1与一理想二极管D连接，自感系数较大的线圈L的直流电阻不计。下列说法正确的是( ) A．闭合开关S后，A1会逐渐变亮B．断开S的瞬间，A1会立即熄灭C．断开S的瞬间，A1会逐渐熄灭D．闭合开关S稳定后，A1、A2亮度相同
B [闭合开关S后，因线圈自感，但两灯和线圈不是串联的关系，则两灯立刻亮，故A错误；断开S的瞬间，A2会立刻熄灭，线圈L与灯泡A1及二极管构成回路，因线圈产生感应电动势，a端的电势低于b端，但二极管具有单向导电性，所以回路没有感应电流，A1也是立即熄灭，故C错误，B正确；闭合开关S稳定后，因线圈L的直流电阻不计，所以A1与二极管被短路，导致灯泡A1不亮，而A2将更亮，因此A1、A2亮度不同，故D错误。]
12．如图所示的电路中，L为自感线圈，其直流电阻与电阻R相等，C为电容器，电源内阻不可忽略，当开关S由闭合变为断开时，下列说法正确的是( ) A．A灯立即熄灭B．A灯突然闪亮一下再熄灭，d点电势比c点高C．B灯无电流通过，不可能变亮D．电容器立即放电
B [当开关S由闭合变为断开时，线圈中产生自感电动势，与灯泡A和电阻R构成闭合回路放电，由于断开前流过线圈的电流大于流过灯泡A的电流，故A灯突然闪亮一下再熄灭，电流从d到c，故d点电势比c点高，故A错误，B正确；当开关S由闭合变为断开时，外电路的总电流减小，故内电压减小，根据闭合电路欧姆定律，电源的输出电压增加，故电容器充电，有充电电流，故B灯有电流通过，电流方向由a到b，故C、D错误。]
13．如图甲所示为研究自感实验电路图，并用电流传感器显示出在t＝1×10-3 s时断开开关前后一段时间内各时刻通过线圈L的电流(如图乙所示)。已知电源电动势E＝6 V，内阻不计，灯泡的阻值R1为6 Ω，电阻R的阻值为 2 Ω。求：(1)线圈的直流电阻RL；(2)开关断开时，该同学观察到的现象是什么？并计算开关断开瞬间线圈产生的自感电动势是多少？
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