2019-2020年高中物理選修（3-2）第1章電磁感應(yīng)與現(xiàn)代生活word教案8學(xué)習(xí)目標(biāo)定位 1.能分析通電自感和斷電自感現(xiàn)象.2.能寫出自感電動勢的表達(dá)式，知道自感系數(shù)的決定因素.3.了解自感現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化.4.了解日光燈的組成以及起輝器和鎮(zhèn)流器的工作原理1通電導(dǎo)線周圍存在磁場，當(dāng)導(dǎo)線中電流變大時，導(dǎo)線周圍各處的磁場都增強(qiáng)，當(dāng)導(dǎo)線中電流減小時，導(dǎo)線周圍各處的磁場都減弱2楞次定律：感應(yīng)電流的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化一、探究日光燈電路1日光燈電路包括日光燈管、鎮(zhèn)流器、起輝器、開關(guān)、導(dǎo)線等2鎮(zhèn)流器是一個帶鐵心的多匝線圈，它可以產(chǎn)生很高的瞬時電壓二、探究自感現(xiàn)象1物理學(xué)中，把由于導(dǎo)體自身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，叫做自感現(xiàn)象自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫做自感電動勢2自感電動勢的大?。篍L，其中L是自感系數(shù)，簡稱電感自感系數(shù)跟線圈的大小、幾何形狀、有無鐵(或磁)心及匝數(shù)等有關(guān)單位：亨利，符號：H.一、日光燈電路問題設(shè)計按圖1所示電路連接日光燈電路，閉合開關(guān)，觀察日光燈的發(fā)光過程，簡單敘述其工作原理圖1答案(1)閉合開關(guān)，電源把電壓加在起輝器的兩極，起輝器內(nèi)氖氣放電產(chǎn)生熱量從而使起輝器內(nèi)雙金屬片接觸，電路導(dǎo)通(2)電路接通后，起輝器中氖氣停止放電，溫度降低，雙金屬片分離，瞬間切斷的電流使鎮(zhèn)流器產(chǎn)生瞬時高壓，使燈管內(nèi)氣體導(dǎo)電而發(fā)光(3)日光燈正常發(fā)光時，鎮(zhèn)流器起降壓限流作用，保證日光燈正常工作要點提煉1起輝器的作用為自動開關(guān)2鎮(zhèn)流器在啟動時提供瞬時高壓，點燃燈管之后起到降壓限流的作用二、自感現(xiàn)象問題設(shè)計1通電自感：如圖2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2答案燈泡A2立即正常發(fā)光，燈泡A1逐漸亮起來2斷電自感：如圖3所示，先閉合開關(guān)使燈泡發(fā)光，然后斷開開關(guān)圖3(1)開關(guān)斷開前后，流過燈泡的電流方向有何關(guān)系？(2)在斷開過程中，有時燈泡閃亮一下再熄滅，有時燈泡只會緩慢變暗直至熄滅，請分析上述兩種現(xiàn)象的原因是什么？答案(1)S閉合時，燈泡A中電流向左，S斷開瞬間，燈泡A中電流方向向右，所以開關(guān)S斷開前后，流過燈泡的電流方向相反(2)在電源斷開后燈泡又閃亮一下的原因是燈泡斷電后自感線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流比原線圈中的電流大要想使燈泡閃亮一下再熄滅，就必須使自感線圈的電阻小于與之并聯(lián)的燈泡而當(dāng)線圈電阻大于燈泡電阻時，燈泡只會延遲一段時間再熄滅要點提煉自感現(xiàn)象是指當(dāng)通過線圈的電流發(fā)生變化時，在線圈中引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象1當(dāng)線圈中的電流增大時，自感電動勢的方向與原電流方向相反；2當(dāng)線圈中的電流減小時，自感電動勢的方向與原電流方向相同；3自感電動勢總是阻礙線圈中電流的變化，但不能阻止線圈中電流的變化，只是延緩了過程的進(jìn)行4斷電自感中，若斷開開關(guān)瞬間，通過燈泡的電流瞬間比斷開開關(guān)前瞬間大，燈泡會閃亮一下；若斷開開關(guān)后，通過燈泡的電流比斷開開關(guān)前瞬間小，燈泡不會閃亮一下，而是逐漸變暗(填“會閃亮”或“不會閃亮”)三、自感電動勢的大小1自感電動勢的大小跟線圈內(nèi)磁通量變化率和線圈本身的自感特性有關(guān)2自感電動勢E的表達(dá)式：EL.3自感系數(shù)L：反映線圈自感特性的電學(xué)量線圈的橫截面積越大、越長，匝數(shù)越多，它的自感系數(shù)就越大有鐵心的線圈，其自感系數(shù)比沒有鐵心的大得多一、日光燈電路的分析例1A和L分別是日光燈的燈管和鎮(zhèn)流器，如果按圖4所示的電路連接，下列關(guān)于日光燈發(fā)光情況的敘述中，正確的是()圖4A只把S1接通，S2、S3不接通，日光燈就能正常發(fā)光B把S1和S2接通后，S3不接通，日光燈就能正常發(fā)光CS3不接通，接通S1和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)光解析A選項：只接通S1，燈管兩端不能產(chǎn)生瞬時高壓，日光燈不能點燃，A錯誤；B選項：S1和S2接通，S2不斷開，日光燈被短路，電壓為零，鎮(zhèn)流器也不能產(chǎn)生斷電自感電動勢，日光燈不能點燃，B錯誤；C選項：S1和S2接通，再斷開S2，鎮(zhèn)流器產(chǎn)生自感電動勢，與外加電壓一起形成瞬時高壓，使日光燈點燃而正常發(fā)光，C正確；D選項：日光燈正常發(fā)光后，再接通S3，鎮(zhèn)流器被短路，不再起限流和降壓作用，加在燈管兩端的電壓將達(dá)到220 V，燈管將會燒壞，D錯誤答案C二、自感現(xiàn)象的分析例2如圖5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，且在下列實驗中不會燒毀，電阻R2阻值約等于R1的兩倍，則 ()圖5A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斷開開關(guān)S時，LA慢慢熄滅，LB馬上熄滅D斷開開關(guān)S時，LA慢慢熄滅，LB閃亮后才慢慢熄滅解析由于燈泡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，電流從線圈中電流開始減小，即從IA減小，故LA慢慢熄滅，LB閃亮后才慢慢熄滅，C錯誤、D正確答案D思路點撥(1)分析自感電流的大小時，應(yīng)注意“L的自感系數(shù)足夠大，其直流電阻忽略不計”這一關(guān)鍵語句；(2)電路接通瞬間，自感線圈相當(dāng)于斷路；(3)電路斷開瞬間，回路中電流從L中原來的電流開始減小針對訓(xùn)練如圖6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6A開關(guān)S接通瞬間，無電流通過燈泡B開關(guān)S接通后，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接通瞬間，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接通瞬間，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正確三、自感現(xiàn)象的圖像問題例3如圖7所示的電路中，S閉合且穩(wěn)定后流過電感線圈的電流是2 A，流過燈泡的電流是1 A，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)系的圖像是()圖7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1 A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2 A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2 A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對答案D自感現(xiàn)象與日光燈 1(對自感現(xiàn)象的理解)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相反，當(dāng)電流減小時，感應(yīng)電流的方向與原來的電流相同，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，與電流變化情況無關(guān)故選項C錯誤2(自感現(xiàn)象的分析)如圖8所示電路中，、是兩只相同的電流表，電感線圈L的直流電阻與電阻R阻值相等下面判斷正確的是()圖8A開關(guān)S接通的瞬間，電流表的讀數(shù)大于的讀數(shù)B開關(guān)S接通的瞬間，電流表的讀數(shù)小于的讀數(shù)C開關(guān)S接通，電路穩(wěn)定后再斷開的瞬間，電流表的讀數(shù)大于的讀數(shù)D開關(guān)S接通，電路穩(wěn)定后再斷開的瞬間，電流表的讀數(shù)等于的讀數(shù)答案BD3(日光燈電路的分析)關(guān)于日光燈電路，下列說法正確的是()A起輝器在電路中起自動開關(guān)作用B正常使用時鎮(zhèn)流器不起作用C如果把日光燈燈管兩端的電極分別短路，日光燈仍能正常發(fā)光D如果日光燈在正常發(fā)光時，把啟動器取走，日光燈仍能正常發(fā)光答案AD解析起輝器起到自動開關(guān)作用，配合鎮(zhèn)流器產(chǎn)生瞬時高電壓啟動燈管日光燈正常發(fā)光時，起輝器可以取走而鎮(zhèn)流器在日光燈正常工作時起降壓限流作用，不能取出燈管兩極短路后，日光燈將不能正常發(fā)光，故A、D項正確4(自感現(xiàn)象的圖像問題)在如圖9所示的電路中，S是閉合的，此時流過線圈L的電流為i1，流過燈泡A的電流為i2，且i1i2，在t1時刻將S斷開，那么流過燈泡A的電流隨時間變化的圖像是下圖中的 ()圖9答案D解析在0t1時間內(nèi)流過燈泡的電流為i2，且方向為從左向右，當(dāng)斷開S時，i2立即消失，但由于自感作用，i1并不立刻消失，而是產(chǎn)生自感電動勢，與燈泡構(gòu)成回路緩慢消失，此時流過燈泡的電流從i1開始逐漸減小，方向為從右向左，故D正確故選D.題組一日光燈電路的分析1如圖1為日光燈電路，關(guān)于該電路，以下說法中正確的是()圖1A啟動過程中，起輝器斷開瞬間鎮(zhèn)流器L產(chǎn)生瞬時高電壓B日光燈正常發(fā)光后，鎮(zhèn)流器L使燈管兩端電壓低于電源電壓C日光燈正常發(fā)光后起輝器是導(dǎo)通的D圖中的電源可以是交流電源，也可以是直流電源答案AB解析日光燈是高壓啟動，低壓工作的啟動時，起輝器斷開，鎮(zhèn)流器產(chǎn)生瞬時高壓，正常發(fā)光后，鎮(zhèn)流器起限流的作用，而此時起輝器是斷開的；鎮(zhèn)流器只對交流電起作用，由此可知，A、B正確2如圖2所示的四個日光燈的接線圖中，S1為起輝器，S2為電鍵，L為鎮(zhèn)流器，能使日光燈正常發(fā)光的是()圖2A B C D答案A解析日光燈工作時，電流通過鎮(zhèn)流器、燈絲，電源和起輝器形成回路，使起輝器發(fā)出輝光，相當(dāng)于起輝器短路接通，同時電流加熱燈絲，燈絲發(fā)射電子，鎮(zhèn)流器起控制加熱電流的作用；之后起輝器斷開瞬間，鎮(zhèn)流器產(chǎn)生很大的自感電動勢，出現(xiàn)一個高電壓加在燈管兩端，燈管中的氣體導(dǎo)電、發(fā)光，此時起輝器已無作用所以起輝器可用手動的開關(guān)來代替(實際操作時，當(dāng)起輝器丟失或損壞時，可手持帶絕緣皮的導(dǎo)線短接起輝器然后再斷開)，所以A項正確；中，當(dāng)起輝器兩金屬片斷開時，鎮(zhèn)流器產(chǎn)生的瞬時高壓不能加在燈管上，故錯；中，當(dāng)動、靜觸片分開后，燈管和電源分開，故錯3家用日光燈電路如圖3所示，S為起輝器，A為燈管，L為鎮(zhèn)流器，關(guān)于日光燈的工作原理下列說法正確的是()圖3A鎮(zhèn)流器的作用是將交流電變?yōu)橹绷麟夿在日光燈的啟動階段，鎮(zhèn)流器能提供一個瞬時高壓，使燈管開始工作C日光燈正常發(fā)光時，起輝器中的兩個觸片是分離的D日光燈發(fā)出柔和的白光是由汞原子受到激發(fā)后直接輻射的答案BC解析鎮(zhèn)流器是一個自感系數(shù)很大的線圈，當(dāng)流經(jīng)線圈的電流發(fā)生變化時能產(chǎn)生很大的自感電動勢，阻礙電流的變化，在日光燈啟動時，鎮(zhèn)流器提供一個瞬時高壓使其工作；在日光燈正常工作時，自感電動勢與原電壓相反，鎮(zhèn)流器起著降壓限流的作用，此時起輝器的兩個觸片是分離的，當(dāng)燈管內(nèi)的汞蒸氣被激發(fā)時能產(chǎn)生紫外線，涂在燈管內(nèi)壁的熒光物質(zhì)在紫外線的照射下發(fā)出可見光題組二自感現(xiàn)象的分析4關(guān)于線圈的自感系數(shù)，下面說法正確的是()A線圈的自感系數(shù)越大，自感電動勢就一定越大B線圈中電流等于零時，自感系數(shù)也等于零C線圈中電流變化越快，自感系數(shù)越大D線圈的自感系數(shù)由線圈本身的因素及有無鐵心決定答案D解析自感系數(shù)是由線圈的大小、形狀、圈數(shù)、有無鐵心等因素決定的，故B、C錯，D對；自感電動勢不僅與自感系數(shù)有關(guān)，還與電流變化快慢有關(guān)，故A錯5如圖4所示，L為自感系數(shù)較大的線圈，電路穩(wěn)定后小燈泡A正常發(fā)光，當(dāng)斷開開關(guān)S的瞬間會有()圖4A燈A立即熄滅B燈A慢慢熄滅C燈A突然閃亮一下再慢慢熄滅D燈A突然閃亮一下再突然熄滅答案A解析當(dāng)開關(guān)S斷開時，由于通過自感線圈的電流從有變到零，線圈將產(chǎn)生自感電動勢，但由于線圈L與燈A串聯(lián)，在S斷開瞬間，不能形成閉合回路，因此燈A在開關(guān)斷開瞬間，立即熄滅6.如圖5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5A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I0C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I2I0，故D正確7.如圖6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6AS閉合后，A、B同時發(fā)光且亮度不變BS閉合后，A立即發(fā)光，然后又逐漸熄滅CS斷開的瞬間，A、B同時熄滅DS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8如圖7所示，甲、乙電路中電阻R和自感線圈L的電阻都很小接通S，使電路達(dá)到穩(wěn)定，燈泡A發(fā)光，則 ()圖7A在電路甲中，斷開S，A將逐漸變暗B在電路甲中，斷開S，A將先變得更亮，然后漸漸變暗C在電路乙中，斷開S，A將逐漸變暗D在電路乙中，斷開S，A將先變得更亮，然后漸漸變暗答案AD解析題圖甲中，A與電感線圈L在同一個支路中，流過的電流相同，斷開開關(guān)S時，線圈L中的自感電動勢要維持原電流不變，所以開關(guān)斷開的瞬間，A的電流不變，以后電流漸漸變小因此，A漸漸變暗題圖乙中，A所在支路的電流比電感線圈所在支路的電流要小(因為電感線圈的電阻很小)，斷開開關(guān)S時，電感線圈的自感電動勢要阻礙電流的變小，此瞬間電感線圈中的電流不變，電感線圈相當(dāng)于一個電源給A供電因此，反向流過A的電流瞬間要變大，然后漸漸變小，所以A將先閃亮一下，然后漸漸變暗9.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8所示，其道理是()圖8A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)電流題組三自感現(xiàn)象的圖像問題10在如圖9所示的電路中，兩個相同的小燈泡L1和L2分別串聯(lián)一個帶鐵心的電感線圈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變化的圖像是()圖9答案B解析與滑動變阻器R串聯(lián)的L2，不受自感影響，直接變亮，電流變化圖像如A中圖線，C、D錯誤與帶鐵心的電感線圈串聯(lián)的L1，由于自感，電流逐漸變大，A錯誤，B正確11.如圖10所示的電路中，電源的電動勢為E，內(nèi)阻為r，電感L的電阻不計，電阻R的阻值大于燈泡D的阻值，在t0時刻閉合開關(guān)S，經(jīng)過一段時間后，在tt1時刻斷開S，下列表示A、B兩點間電壓UAB隨時間t變化的圖像中，正確的是()圖10答案B解析在t0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tt1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兩點間電壓UAB隨時間t變化的圖像中正確的是B.12.如圖11所示，電源的電動勢為E10 V，內(nèi)阻不計，L與R的電阻值均為5 ，兩燈泡的電阻值均為RS10 .圖11(1)求斷開S的瞬間，燈泡L1兩端的電壓；(2)定性畫出斷開S前后一段時間內(nèi)通過L1的電流隨時間的變化規(guī)律答案(1)10 V(2)見解析圖解析(1)電路穩(wěn)定工作時，由于a、b兩點的電勢相等，導(dǎo)線ab上無電流通過因此通過L的電流為IL A1 A流過L1的電流為IS A0.5 A斷開S的瞬間，由于線圈要想維持IL不變，而與L1組成閉合回路，因此通過L1的最大電流為1 A所以此時L1兩端的電壓為UILRS10 V(穩(wěn)定工作時為5 V)(2)斷開S前，流過L1的電流為0.5 A不變，而斷開S的瞬間，通過L1的電流突變?yōu)? A，且方向也發(fā)生變化，然后漸漸減小到零，所以它的圖像如圖所示(t0為斷開S的時刻)注：從t0開始，電流持續(xù)的時間實際上一般是很短的