《2018版高中物理 第2章 楞次定律和自感現(xiàn)象 2.2 自感學(xué)案 魯科版選修3-2.docx》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018版高中物理 第2章 楞次定律和自感現(xiàn)象 2.2 自感學(xué)案 魯科版選修3-2.docx（6頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

第3講　自　感 [目標定位]　1.了解自感現(xiàn)象及自感現(xiàn)象產(chǎn)生的原因.2.知道自感現(xiàn)象中的一個重要概念——自感系數(shù)，了解影響其大小的因素.3.了解自感現(xiàn)象的利弊及其利用和防止． 一、自感現(xiàn)象 1．實驗與探究 (1)斷電自感 實驗電路 實驗要求 電路穩(wěn)定時A1、A2亮度相同 A2立刻熄滅 線圈中的電流在原來電流值基礎(chǔ)上逐漸減小 IL＞IA1 A1猛然亮一下再逐漸熄滅 IL＝IA1 A1由原來亮度逐漸熄滅 IL＜IA1 A1先立即變暗一些再逐漸熄滅 (2)通電自感 實驗電路 實驗要求 電路穩(wěn)定時A1、A2亮度相同 S閉合的瞬間 A1先亮 由于A1支路為純電阻電路，不產(chǎn)生自感現(xiàn)象 A2逐漸變亮，最后與A1一樣亮 由于L的自感作用阻礙A2支路電流增大，出現(xiàn)“延遲”現(xiàn)象 2.定義：由導(dǎo)體自身的電流變化所產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象． 二、自感電動勢 1．定義：由導(dǎo)體自身的電流變化所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫自感電動勢． 2．作用：總是阻礙導(dǎo)體中原電流的變化，即總是起著推遲電流變化的作用，當電流增大時，自感電動勢阻礙電流的增大；當電流減小時，自感電動勢阻礙電流的減?。? 三、自感系數(shù) 1．物理意義：描述線圈本身特性的物理量，簡稱自感或電感． 2．影響因素：線圈的形狀、橫截面積、長短、匝數(shù)、有無鐵芯．線圈越粗、越長，匝數(shù)越多，其自感系數(shù)就越大；有鐵芯時線圈的自感系數(shù)比沒鐵芯時大得多． 3．單位：亨利，簡稱亨，符號是H.常用的較小單位有mH和μH. 1mH＝10－3H,1μH＝10－6H. 一、對通電自感現(xiàn)象的分析 1．通電瞬間通過線圈的電流增大，自感電動勢的方向與原電流方向相反，阻礙電流的增加，但不能阻止增加． 2．通電瞬間自感線圈處相當于斷路；電流穩(wěn)定時，自感線圈相當于導(dǎo)體． 3．與線圈串聯(lián)的燈泡在通電后會逐漸變亮，直到穩(wěn)定． 例1　如圖1所示，燈A、B完全相同，帶鐵芯的線圈L的電阻可忽略，則(　　) 圖1 A．S閉合的瞬間，A、B同時發(fā)光，接著A變暗，B更亮，最后A熄滅 B．S閉合瞬間，A不亮，B立即亮 C．S閉合瞬間，A、B都不立即亮 D．穩(wěn)定后再斷開S的瞬間，B熄滅，A閃亮一下再熄滅 答案　AD 解析　S接通的瞬間，L所在支路中電流從無到有發(fā)生變化，因此，L中產(chǎn)生的自感電動勢阻礙電流增加。由于有鐵芯，自感系數(shù)較大，對電流的阻礙作用也就很強，所以S接通的瞬間L中的電流非常小，即干路中的電流幾乎全部流過A，所以A、B會同時亮；又由于L中電流逐漸穩(wěn)定，感應(yīng)電動勢逐漸消失，A逐漸變暗，線圈的電阻可忽略，對A起到“短路”作用，因此A最后熄滅．這個過程電路的總電阻比剛接通時小，由恒定電流知識可知，B會比以前更亮．穩(wěn)定后S斷開瞬間，由于線圈的電流較大，L與A組成回路，A要閃亮一下再熄滅，B立即熄滅． 二、對斷電自感現(xiàn)象的分析 1．斷電時自感線圈處相當于電源． 2．斷電時燈泡會不會閃亮一下再熄滅取決于通過燈泡前后電流大小的關(guān)系．若斷電前，自感線圈電流大小IL大于燈泡的電流ID則燈泡會閃亮一下再熄滅；若斷電前，自感線圈中的電流IL小于燈泡中的電流ID則燈泡不會出現(xiàn)閃亮，而是逐漸熄滅． 3．要注意斷電前后通過燈泡的電流方向可能變化． 例2　如圖2(a)、(b)所示的電路中，電阻R和自感線圈L的電阻值都很小，且小于燈泡A的電阻，接通S，使電路達到穩(wěn)定，燈泡A發(fā)光，則(　　) 圖2 A．在電路(a)中，斷開S，A將漸漸變暗 B．在電路(a)中，斷開S，A將先變得更亮，然后漸漸變暗 C．在電路(b)中，斷開S，A將漸漸變暗 D．在電路(b)中，斷開S，A將先變得更亮，然后漸漸變暗 答案　AD 解析　在電路(a)中，燈泡A和線圈L串聯(lián)，它們的電流相同，斷開S時，線圈上產(chǎn)生自感電動勢，阻礙原電流的減小，但流過燈泡A的電流仍逐漸減小，從而燈泡A只能漸漸變暗；在電路(b)中，電阻R和燈泡A串聯(lián)，燈泡A的電阻大于線圈L的電阻，電流則小于線圈L中的電流，斷開S時，電源不再給燈供電，而線圈產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流的減小，通過R、A形成回路，燈泡A中電流突然變大，燈泡A先變得更亮，然后漸漸變暗．故A、D正確． 針對訓(xùn)練　如圖3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兩點間電壓UAB隨時間t變化的圖象中，正確的是(　　) 圖3 答案　B 解析　在t＝0時刻閉合開關(guān)S，由于電感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，電源輸出電流較大，路端電壓較低．在t＝t1時刻斷開S，電感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變化的圖象中正確的是B. 三、對自感電動勢及自感系數(shù)的理解 1．對自感電動勢的理解 (1)自感電動勢總是阻礙導(dǎo)體中原來電流的變化，可概括為“增反減同”． (2)由E＝L知自感電動勢與L和有關(guān)，與ΔI、Δt無關(guān)． 2．對自感系數(shù)的理解 (1)自感系數(shù)的大小由線圈本身的特性決定，線圈越長，單位長度的匝數(shù)越多，橫截面積越大，自感系數(shù)越大． (2)自感系數(shù)與E、ΔI、Δt等均無關(guān)系． 例3　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芯決定 答案　D 解析　線圈的自感系數(shù)是由線圈本身的因素及有無鐵芯決定的，與有無電流、電流變化情況都沒有關(guān)系，故B、C錯誤，D正確；自感電動勢的大小除了與自感系數(shù)有關(guān)，還與電流的變化率有關(guān)，故A錯誤． 四、電磁阻尼、電磁驅(qū)動 閉合回路的部分導(dǎo)體在做切割磁感線運動產(chǎn)生感應(yīng)電流時，導(dǎo)體在磁場中要受到安培力的作用，根據(jù)楞次定律，安培力總是阻礙導(dǎo)體的運動，于是產(chǎn)生電磁阻尼． 電磁阻尼是一種十分普遍的物理現(xiàn)象，任何在磁場中運動的導(dǎo)體，只要給感應(yīng)電流提供回路，就會存在電磁阻尼作用． 例4　位于光滑水平面的小車上放置一螺線管，一個比螺線管長的條形磁鐵沿著螺線管的軸線水平穿過，如圖4所示，在此過程中(　　) 圖4 A．磁鐵做勻速直線運動 B．磁鐵做減速運動 C．小車向右做加速運動 D．小車先加速后減速 答案　BC 解析　磁鐵水平穿入螺線管時，管中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，由楞次定律知螺線管左端相當于S極，與磁鐵S極相斥，阻礙磁鐵的運動．同理，磁鐵穿出時，由楞次定律知螺線管右端為S極，與磁鐵的N極相吸，阻礙磁鐵的運動，故整個過程中，磁鐵做減速運動，B正確；而對于小車上螺線管來說，在此過程中，螺線管會產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使螺線管受到的安培力都是水平向右，這個安培力使小車向右運動起來，且一直做加速運動，C正確． 對通、斷電自感現(xiàn)象的分析 1．如圖5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)相當大的線圈，其阻值與電阻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5 A．接通時A1先達最亮，斷開時A1后滅 B．接通時A2先達最亮，斷開時A1后滅 C．接通時A1先達最亮，斷開時A1先滅 D．接通時A2先達最亮，斷開時A2先滅 答案　A 解析　當開關(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兩路通過A2和R，所以A1先達最亮，經(jīng)過一段時間電路穩(wěn)定后，A1和A2達到一樣亮；當開關(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． 對自感電動勢的理解 2．關(guān)于線圈中自感電動勢大小的說法中正確的是(　　) A．電感一定時，電流變化越大，自感電動勢越大 B．電感一定時，電流變化越快，自感電動勢越大 C．通過線圈的電流為零的瞬間，自感電動勢為零 D．通過線圈的電流為最大值的瞬間，自感電動勢最大 答案　B 解析　電感一定時，電流變化越快，越大，由E＝L知，自感電動勢越大，A錯，B對；線圈中電流為零時，電流的變化率不一定為零，自感電動勢不一定為零，故C錯；當通過線圈的電流最大時，電流的變化率為零，自感電動勢為零，故D錯． 3．一個線圈中的電流均勻增大，這個線圈的(　　) A．磁通量均勻增大 B．自感系數(shù)均勻增大 C．自感系數(shù)、自感電動勢均勻增大 D．自感系數(shù)、自感電動勢、磁通量都不變 答案　A 解析　電流均勻增大時，線圈中磁感應(yīng)強度均勻增大，所以磁通量均勻增大，而自感電動勢取決于磁通量的變化率，所以自感電動勢不變；自感系數(shù)取決于線圈本身的因素，也保持不變，只有選項A正確． 對電磁阻尼的理解 4．如圖6所示，使一個銅盤繞其豎直的軸OO′轉(zhuǎn)動，且假設(shè)摩擦等阻力不計，轉(zhuǎn)動是勻速的?，F(xiàn)把一個蹄形磁鐵移近銅盤，則(　　) 圖6 A．銅盤轉(zhuǎn)動將變慢 B．銅盤轉(zhuǎn)動將變快 C．銅盤仍以原來的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動 D．銅盤轉(zhuǎn)動速度是否變化，要根據(jù)磁鐵的上、下兩端的極性來決定 答案　A 解析　當一個蹄形磁鐵移近銅盤時，銅盤轉(zhuǎn)動切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電流，由楞次定律可知感應(yīng)電流所受的安培力阻礙其相對運動，所以銅盤轉(zhuǎn)動將變慢．本題也可以從能量守恒的角度去分析，因為銅盤轉(zhuǎn)動切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電流，銅盤的機械能不斷轉(zhuǎn)化成電能，銅盤轉(zhuǎn)動會逐漸變慢．選項A正確．