第六節(jié)自感現象及其應用1.能夠通過電磁感應的有關規(guī)律分析自感現象2.了解影響自感電動勢大小的因素，知道自感系數是表示線圈本身特征的物理量3.了解自感現象，知道日光燈的構造及工作原理,學生用書p21)一、自感現象1實驗一：通電自感實驗(1)實驗裝置：在如圖所示的通電自感電路中，兩燈泡l1、l2的規(guī)格完全相同根據燈泡l1、l2的亮度調節(jié)滑動變阻器r的電阻和線圈l的電阻相同，即：rrl.這樣兩并聯(lián)支路的電阻就完全相同(2)實驗現象：在通電瞬間，與滑動變阻器r串聯(lián)的燈泡l2立即變亮，而與線圈串聯(lián)的燈泡l1則逐漸變亮(即其正常發(fā)光比l2滯后一段時間)，最后兩燈泡都正常發(fā)光，亮度相同2實驗二：斷電自感實驗(1)實驗裝置：在如圖所示的斷電自感電路中，線圈l的電阻較小(線圈中有恒定電流時電阻值較小)，目的是接通電路的燈泡正常發(fā)光時，通過線圈的電流il大于通過燈泡l1的電流il1，即ilil1.(2)實驗現象：閉合開關s接通電路，調節(jié)r使燈泡l1和l2正常發(fā)光，達到穩(wěn)定后，突然斷開s時，可以看到燈泡l2立刻熄滅，燈泡l1卻是閃亮一下，再逐漸熄滅3實驗分析：兩個實驗電路有一個共同特點，當閉合開關或斷開開關時，通過線圈的電流發(fā)生了變化由法拉第電磁感應定律可知，穿過線圈的磁通量發(fā)生了變化線圈中產生感應電動勢這個電動勢總是阻礙導體中原來電流的變化4實驗總結(1)自感：由于線圈本身的電流發(fā)生變化而產生的電磁感應現象，叫做自感現象(2)自感電動勢：在自感現象中產生的感應電動勢叫自感電動勢自感電動勢在閉合電路中會產生自感電流二、自感系數1影響自感電動勢大小的因素(1)穿過線圈的磁通量變化的快慢(2)線圈本身的特性2自感系數自感系數是描述通電線圈自身特性的物理量，簡稱為自感或電感，用l表示(1)大?。壕€圈的長度越長，線圈的橫截面積越大，單位長度上匝數越多，線圈的自感系數越大，有鐵芯的線圈比無鐵芯時自感系數大得多(2)單位：亨利(符號h)，1 h103 mh106 h.1在自感現象中，自感電動勢的大小由哪些因素決定？線圈的自感系數由什么決定？提示：電流的變化率、自感系數自感系數由線圈自身的因素決定三、日光燈構造原理、作用啟動器電容器、動觸片、靜觸片啟動時將電路瞬時接通后斷開燈管燈管、燈絲、氬和水銀蒸氣高壓將燈管內氣體擊穿，釋放電子與汞原子碰撞發(fā)出紫外線使熒光粉發(fā)光鎮(zhèn)流器自感系數大的線圈啟動時形成瞬時高壓，工作時降壓限流2在日光燈正常工作時，啟動器和鎮(zhèn)流器都不再起作用，對嗎？提示：正常發(fā)光時，啟動器不再起作用，但鎮(zhèn)流器仍有降壓限流作用自感現象的理解學生用書p221對自感現象的理解：自感現象是一種電磁感應現象，遵從法拉第電磁感應定律和楞次定律2對自感電動勢的理解(1)產生原因：通過線圈的電流發(fā)生變化，導致穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，因而在原線圈上產生感應電動勢(2)自感電動勢的方向：當原電流增大時，自感電動勢的方向與原電流方向相反；當原電流減小時，自感電動勢方向與原電流方向相同(增反減同)(3)自感電動勢的作用：阻礙原電流的變化，而不是阻止，電流仍在變化，只是使原電流的變化時間變長，即總是起著推遲電流變化的作用3對電感線圈阻礙作用的理解(1)兩種阻礙作用產生的原因不同：線圈對穩(wěn)定電流的阻礙作用是由繞制線圈的導線的電阻決定的，對穩(wěn)定電流阻礙作用的產生原因是金屬對定向運動電子的阻礙作用，具體可用金屬導電理論理解線圈對變化電流的阻礙作用是由線圈的自感現象引起的，當通過線圈中的電流變化時，穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，產生自感電動勢，根據楞次定律知，當線圈中的電流增加時，線圈中的自感電動勢與原電流方向相反，阻礙電流的增加(圖甲)當線圈中的電流減小時，線圈中的自感電動勢與原電流方向相同，阻礙電流的減小(圖乙)(2)兩種阻礙作用產生的效果不同：在通電線圈中，電流穩(wěn)定值為，由此可知線圈的穩(wěn)定態(tài)電阻決定了電流的穩(wěn)定值l越大，電流由零增大到穩(wěn)定值i0的時間越長也就是說，線圈對變化電流的阻礙作用越大，電流變化的越慢總之，穩(wěn)定態(tài)電阻決定了電流所能達到的穩(wěn)定值，對變化電流的阻礙作用決定了要達到穩(wěn)定值所需的時間(1)自感電動勢阻礙自身電流的變化，但不能阻止，且自感電動勢阻礙自身電流變化的結果，會對其他電路元件的電流產生影響(2)自感電動勢的大小跟自身電流變化的快慢有關，電流變化越快，自感電動勢越大 命題視角1影響自感電動勢大小的因素關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，自感電動勢最大解析由自感電動勢el得l一定時，e與成正比，即電感一定時，電流變化越快，自感電動勢越大，故a錯誤，b正確；通過線圈的電流為零的瞬間，電流變化率不一定為零，自感電動勢不一定為零，通過線圈的電流為最大值的瞬間，電流變化率可能為零，自感電動勢也可能為零，故c、d均錯誤答案b(1)電流變化時，電感線圈產生自感電動勢，對電流的變化有阻礙作用(2)電流穩(wěn)定時，電感線圈不產生自感電動勢，相當于一段導體，阻值即為直流電阻 命題視角2自感電動勢方向的判定如圖所示的電路中，電源電動勢為e，線圈l的電阻不計以下判斷正確的是()a閉合s，穩(wěn)定后，電容器兩端電壓為eb閉合s，穩(wěn)定后，電容器的a極帶正電c斷開s的瞬間，電容器的a極板將帶正電d斷開s的瞬間，電容器的a極板將帶負電解析閉合s，穩(wěn)定后，線圈l相當于導線，則電容器被短路，則其電壓為零，故a錯誤；當閉合s，穩(wěn)定后，電容器被短路，則其電壓為零，電容器的a極板不帶電，故b錯誤；斷開s的瞬間，線圈l中電流減小，產生自感電動勢，相當于電源，給電容器充電，根據線圈的電流方向不變，則電容器的a極板將帶正電故c正確，d錯誤答案c關于自感現象，正確的說法是()a感應電流一定和原來的電流方向相反b對于同一線圈，當電流變化越大時，線圈產生的自感電動勢也越大c對于同一線圈，當電流變化越快時，線圈的自感系數也越大d對于同一線圈，當電流變化越快時，線圈中的自感電動勢也越大解析：選d.當電流增加時，自感電動勢的方向與原來的電流反向，當電流減小時與原來的電流同向，故選項a錯誤；自感電動勢的大小，與電流變化快慢有關，與電流變化大小無關，故選項b錯誤；自感系數只取決于線圈的本身因素，與電流變化情況無關，故選項c錯誤；結合選項b的錯誤原因可知，選項d正確對通電自感和斷電自感的理解學生用書p23在處理通斷電自感燈泡亮度變化問題時，不能一味套用結論，如通電時逐漸變亮，斷電時逐漸變暗，或閃亮一下逐漸變暗，要具體問題具體分析，關鍵要搞清楚電路連接情況通電自感斷電自感電路圖器材要求a1、a2同規(guī)格，rrl，l較大l很大(有鐵芯)，rlra現象在s閉合瞬間，a2燈立即亮起來，a1燈逐漸變亮，最終一樣亮在開關s斷開時，燈a突然閃亮一下后再漸漸熄滅(當抽掉鐵芯后，重做實驗，斷開開關s時，會看到燈a馬上熄滅)原因由于開關閉合時，流過電感線圈的電流迅速增大，使線圈產生自感電動勢，阻礙電流的增大，使流過a1燈的電流比流過a2燈的電流增加得慢斷開開關s時，流過線圈l的電流減小，使線圈產生自感電動勢，阻礙電流的減小，使電流繼續(xù)存在一段時間；在s斷開后，通過l的電流反向通過電燈a，且由于rlra，使得流過a燈的電流在開關斷開瞬間突然增大，從而使a燈的發(fā)光功率突然變大能量轉化情況電能轉化為磁場能磁場能轉化為電能電流減小時，自感線圈中電流大小一定小于原先所通電流大小，自感電動勢可能大于原電源電動勢 命題視角1對通電自感現象的分析如圖所示，電路中自感線圈電阻很小，可以忽略不計r的阻值和l的自感系數都很大，a、b為兩個完全相同的燈泡，當s閉合時，下列說法正確的是()aa比b先亮，然后a滅bb比a先亮，然后a燈逐漸變亮ca、b一起亮，然后a滅da、b一起亮，然后b滅思路點撥 s閉合瞬間，含電感線圈的支路相當于斷路；穩(wěn)定后，自感線圈相當于導線解析s閉合時，由于與a燈串聯(lián)的線圈l的自感系數很大，故在線圈上產生很大的自感電動勢，阻礙電流的增大，所以b比a先亮，由于l的直流電阻很小，所以穩(wěn)定后a燈的電流變大，a燈逐漸變亮，故a、c、d錯，b正確答案b 命題視角2對斷電自感現象的分析如圖所示，a、b、c為三個相同的燈泡，額定電壓稍大于電源的電動勢，電源內阻可以忽略l是一個本身電阻可忽略的電感線圈開關s閉合現突然斷開，已知在這一過程中燈泡都不會燒壞，則下列關于c燈泡的說法中正確的是()a亮度保持不變b將閃亮一下，而后逐漸熄滅c將閃亮一下，而后逐漸恢復原來的亮度d將變暗一下，而后逐漸恢復原來的亮度思路點撥 解決本題的關鍵是知道電感器對電流的變化有阻礙作用，當電流增大時，會阻礙電流的增大，當電流減小時，會阻礙其減小解析當開關合上，穩(wěn)定后，燈泡a短路，不亮，b、c兩燈的電壓為電源電壓，通過l的電流，為e電壓下燈泡工作電流的2倍開關s斷開后，a、b燈串聯(lián)后與c燈并聯(lián)接到電路中，l的電流成為通過c的電流，即原電流的2倍，c燈閃亮，但是穩(wěn)定后c兩端的電壓仍是e，所以最終恢復原亮度，故a、b、d錯誤，c正確答案c 命題視角3自感現象中的圖象問題在如圖所示的電路中s閉合時流過電感線圈的電流是2 a，流過燈泡的電流是1 a，將s突然斷開，則s斷開前后，能正確反映流過燈泡的電流i隨時間t變化的圖線是()思路點撥 解答此題應把握以下兩點：(1)s斷開瞬間，線圈產生感應電動勢阻礙電流減小，使得線圈中電流逐漸減小(2)s斷開瞬間，燈泡中電流大小等于線圈中電流大小解析s斷開后：答案d自感問題的分析技巧(1)當電路接通瞬間，自感線圈相當于斷路；當電路穩(wěn)定時，相當于電阻，如果線圈沒有電阻，相當于導線(短路)；當電路斷開瞬間，自感線圈相當于電源，電流逐漸減小 (2)斷開開關后，燈泡是否瞬間變得更亮，取決于電路穩(wěn)定時兩支路中電流的大小關系，即由兩支路中電阻的大小關系決定(3)若斷開開關后，線圈與燈泡不能組成閉合回路，則燈泡會立即熄滅(4)電流減小時，自感線圈中電流大小一定小于原先所通的電流大小，但自感電動勢可能大于原電源電動勢(5)在線圈中產生自感電動勢，自感電動勢阻礙電流的變化，但“阻礙”不是“阻止”，“阻礙”實質上是“延緩” 【通關練習】1(多選)如圖所示，e為電池，l是電阻可忽略不計、自感系數足夠大的線圈，d1、d2是兩個規(guī)格相同且額定電壓足夠大的燈泡，s是控制電路的開關對于這個電路，下列說法中正確的是()a剛閉合開關s的瞬間，通過d1、d2的電流大小相等b剛閉合開關s的瞬間，通過d1、d2的電流大小不相等c閉合開關s待電路達到穩(wěn)定，d1熄滅，d2比原來更亮d閉合開關s待電路達到穩(wěn)定，再將s斷開瞬間，d2立即熄滅，d1閃亮一下再熄滅解析：選acd.s閉合瞬間，由于自感線圈相當于斷路，所以兩燈是串聯(lián)，電流相等，故a正確，b錯誤；閉合開關s待電路達到穩(wěn)定時，d1被短路，d2比開關s剛閉合時更亮，c正確；s閉合穩(wěn)定后再斷開開關，d2立即熄滅，但由于線圈的自感作用，l相當于電源，與d1組成回路，d1要過一會再熄滅，故d正確2如圖所示的電路中，電阻r和電感線圈自感系數l的值都較大，電感線圈的電阻不計，a、b是兩只完全相同的燈泡，當閉合開關s時，下面能發(fā)生的情況是()ab比a先亮，然后b熄滅ba比b先亮，然后a熄滅ca、b一起亮，然后a熄滅da、b一起亮，然后b熄滅解析：選c.當開關s閉合時，電源的電壓同時加到兩個燈泡上，它們會一起亮，但由于電感線圈的電阻不計，線圈將a燈逐漸短路，a燈變暗直至熄滅，故a、b、d錯誤，c正確日光燈的構成及工作原理學生用書p241燈管：燈管兩端有燈絲，管內充有微量的氬和稀薄的汞蒸氣，管壁上涂有熒光粉當兩燈絲間的氣體導電時發(fā)出紫外線，紫外線使涂在管壁上的熒光粉發(fā)出柔和的可見光有的日光燈會發(fā)出五顏六色的光，其原因是管壁所涂的熒光粉不同日光燈管在啟動時，需要大約500 v700 v的瞬時高壓，當燈管啟動后，它的電阻變得很小，只允許通過較小的電流，需要把加在它兩端的電壓變小2啟動器：利用氖管的輝光放電，起自動接通與切斷電路的作用，是為鎮(zhèn)流器產生瞬時自感高壓而服務的啟動器損壞的情況下可將連接啟動器的兩個線頭作一個短暫接觸，也可把日光燈啟動啟動時電流流經途徑是鎮(zhèn)流器、啟動器、燈絲，啟動后電流流經途徑是鎮(zhèn)流器、燈絲、日光燈管3鎮(zhèn)流器的作用：日光燈啟動時，利用自感現象產生瞬時高壓；日光燈正常發(fā)光時，利用自感現象，對燈管起到降壓限流作用4日光燈的工作原理(1)啟動：開關閉合后，電源電壓加在啟動器兩極，使氖氣放電，發(fā)輝光，產生熱量，使u形動觸片膨脹，跟靜觸片接觸使電路接通電路接通后，氖氣停止放電，u形動觸片冷卻收縮，兩觸片分開，電路斷開電路斷開的瞬間，鎮(zhèn)流器產生很高的自感電動勢，其方向與原電壓方向相同，共同加在燈管兩端，使汞蒸氣放電，日光燈開始工作(2)正常發(fā)光：日光燈正常發(fā)光時，鎮(zhèn)流器與兩燈絲及燈管內的汞蒸氣組成電路，由于鎮(zhèn)流器的線圈的自感現象，阻礙通過燈管的電流變化，起降壓限流作用，確保日光燈正常工作若將圖甲中啟動器換為開關s1，并給鎮(zhèn)流器并聯(lián)一個開關s2，如圖乙所示，則下列敘述正確的是()a只把s3接通，日光燈就能正常發(fā)光b把s3、s1接通后，s2不接通，日光燈就能正常發(fā)光cs2不接通，接通s3、s1后，再斷開s1，日光燈就能正常發(fā)光d當日光燈正常發(fā)光后，再接通s2，日光燈仍能正常發(fā)光思路點撥 正確理解啟動時和正常工作時啟動器和鎮(zhèn)流器的作用是解答本題的關鍵解析一般日光燈啟動時瞬間把電源、燈絲、鎮(zhèn)流器接通，然后自動斷開，靠鎮(zhèn)流器產生瞬時高壓，使燈管內氣體導電，所以啟動時既要使題圖乙中s3閉合，又需使s1瞬間閉合再斷開，a、b錯，c對正常工作時鎮(zhèn)流器起