1、6 自感自感 学科素养与目标要求 物理观念： 1.了解自感现象.2.了解自感电动势的表达式 ELLI t， 知道自感系数的决定因素. 3.了解日光灯的构造及工作原理 科学探究：通过观察通电自感和断电自感时灯泡亮度的变化，认识自感现象 科学思维：体会自感现象产生的机理，能运用电磁感应规律分析解释 一、自感现象 由于导体线圈本身的电流发生变化而引起的电磁感应现象叫做自感，在自感现象中产生的电 动势叫做自感电动势 二、自感系数 1自感电动势：ELLI t，其中 L 是自感系数，简称自感或电感单位：亨利，简称亨，符 号为 H. 2自感系数与线圈的形状、大小、匝数，以及是否有铁芯等因素有关 三、日光灯
2、1日光灯的构造：普通日光灯由灯管、镇流器、启动器、导线和开关组成 2镇流器的作用：启动时产生瞬时高电压使灯管发光，正常工作时，起着降压限流作用 1判断下列说法的正误 (1)自感现象中，感应电流一定与原电流方向相反( ) (2)线圈的自感系数与电流大小无关，与电流的变化率有关( ) (3)日光灯点亮后，启动器就没有作用了( ) (4)在日光灯正常工作中，镇流器只会消耗能量，没有作用( ) 2如图 1 所示，电路中电源内阻不能忽略，L 的自感系数很大，其直流电阻忽略不计，A、 B 为两个完全相同的灯泡，当 S 闭合时，A 灯_变亮，B 灯_变亮当 S 断开 时，A 灯_熄灭，B 灯_熄灭(选填“立
3、即”或“缓慢”) 图 1 答案 缓慢 立即 缓慢 缓慢 一、通电自感现象 1认识通电时的自感现象 如图 2 所示，先闭合 S，调节 R2使 A1、A2的亮度相同，再调节 R1，使 A1、A2都正常发光， 然后断开 S.再次闭合 S. 图 2 现象：灯泡 A2立即发光，灯泡 A1逐渐亮起来 原因：电路接通时，电流由零开始增加，穿过线圈 L 的磁通量逐渐增加，为了阻碍磁通量的 增加，感应电流产生的磁通量与原来电流产生的磁通量方向相反，则线圈中感应电动势的方 向与原来的电流方向相反，阻碍了 L 中电流的增加，即推迟了电流达到稳定值的时间 2对通电自感的理解 (1)通电瞬间自感线圈处相当于断路 (2)
4、当线圈中的电流增大时，自感电动势的方向与原电流的方向相反，阻碍电流的增大，使电 流从零逐渐增大到稳定值，但不能阻止电流的增大 (3)电流稳定时自感线圈相当于导体(若直流电阻为零，相当于导线) 例 1 如图 3 所示，电路中电源的内阻不能忽略，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(线圈 L 的直流电阻较小)( ) 图 3 AA 比 B 先亮，然后 A 灭 BB 比 A 先亮，然后 B 逐渐变暗 CA、B 一起亮，然后 A 灭 DA、B 一起亮，然后 B 灭 答案 B 解析 S 闭合时，由于与 A 灯串联的线圈 L 的自感系数很大，故在
5、线圈上产生很大的自感电 动势，阻碍电流的增大，所以 B 比 A 先亮，稳定后，流过 B 灯支路的电流变小，所以 B 灯 逐渐变暗，故 B 正确 二、断电自感现象 1认识断电时的自感现象 如图 4 所示，L 为自感系数较大的线圈，其直流电阻比灯泡的电阻小，先闭合开关使灯泡发 光，然后断开开关 图 4 现象：灯泡 A 闪亮一下再熄灭 解释：在开关断开后灯泡闪亮一下的原因是灯泡断电后自感线圈中产生的感应电流比开关断 开前流过灯泡的电流大 2对断电自感的理解 (1)当线圈中的电流减小时，自感电动势的方向与原电流方向相同； (2)断电自感中，由于自感电动势的作用，线圈中电流从原值逐渐减小若断开开关瞬间通
6、过 灯泡的电流大于断开开关前的电流，灯泡会闪亮一下；若断开开关瞬间通过灯泡的电流小于 或等于断开开关前的电流，灯泡不会闪亮一下，而是逐渐变暗直至熄灭 (3)自感电动势总是阻碍线圈中电流的变化，但不能阻止线圈中电流的变化 例 2 如图 5 所示，开关 S 处于闭合状态，小灯泡 A 和 B 均正常发光，小灯泡 A 的电阻大 于线圈 L 的电阻，现断开开关 S，以下说法正确的是( ) 图 5 A小灯泡 A 越来越暗，直到熄灭 B小灯泡 B 越来越暗，直到熄灭 C线圈 L 中的电流会立即消失 D线圈 L 中的电流过一会再消失，且方向向右 答案 D 解析 S 断开瞬间，小灯泡 B 立即熄灭由于小灯泡 A
7、 的电阻大于线圈 L 的电阻，所以 S 断 开前线圈的电流大于小灯泡 A 中的电流S 断开瞬间，线圈中的电流由原电流逐渐减小，导 致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的减小，即线圈 L 中的电流过一会再消失，且方向向 右，因 L 和小灯泡 A 组成新的回路，电流由原线圈中的电流逐渐减小，所以小灯泡 A 先亮 一下，然后慢慢熄灭，故 D 正确 学科素养 通过例 1 和例 2，进一步加深对通电自感现象和断电自感现象的理解，知道通 电、断电瞬间，自感线圈中的电动势阻碍原电流的变化，但阻止不了电流的变化，且电流不 能发生突变运用电磁感应知识解释自感现象，很好地体现了“科学思维”的学科素养 三、自感现象中
8、的图像问题 例 3 如图 6 所示的电路中，开关 S 闭合且稳定后流过电感线圈的电流是 2 A，流过灯泡的 电流是 1 A，现将开关 S 突然断开，开关 S 断开前后，能正确反映流过灯泡的电流 i 随时间 t 变化关系的图像是( ) 图 6 答案 D 解析 开关 S 断开前，通过灯泡 D 的电流是稳定的，其值为 1 A开关 S 断开瞬间，自感线 圈的支路由于自感现象会产生与线圈中原电流方向相同的自感电动势，使线圈中的电流从原 来的 2 A 逐渐减小，方向不变，且与灯泡 D 构成回路，通过灯泡 D 的电流和线圈 L 中的电流 相同，也应该是从 2 A 逐渐减小到零，但是方向与原来通过灯泡 D 的
9、电流方向相反，D 对 提示 要注意断电前后，无线圈的支路电流方向是否变化 四、自感的典型应用日光灯 1日光灯的电路如图 7 所示 图 7 2工作原理：日光灯在接通电源时，启动器首先导通，又立即断开，在断开的瞬间，由于自 感现象，镇流器产生很高的自感电动势，而使灯管快速启动 3镇流器的作用：日光灯启动时，镇流器提供瞬时高电压，而使气体放电；灯管发光后，镇 流器又起着降压限流的作用 例 4 若将图 8 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( ) 图 8 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
10、CS2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 答案 C 解析 一般日光灯启动的瞬间把电源、灯丝、镇流器接通，然后自动断开，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，C 对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. 1(对自感电动势的理解)关于线圈中自感电动势的大小，下列说法中正确的是( ) A电感一定时，电流变化越大，自感电动势越大 B电感一定时，电流变化越快，自感电动势越大 C
11、通过线圈的电流为零的瞬间，自感电动势为零 D通过线圈的电流为最大值的瞬间，自感电动势最大 答案 B 解析 电感一定时，电流变化越快，I t越大，由 ELL I t知，自感电动势越大，故 A 错，B 对；线圈中电流为零时，电流的变化率不一定为零，自感电动势不一定为零，故 C 错；当通 过线圈的电流最大时，若电流的变化率为零，自感电动势为零，故 D 错 2(对自感现象的理解)(多选)如图 9 所示电路，电感线圈 L 的自感系数足够大，其直流电阻 忽略不计，LA、LB是两个相同的灯泡，则( ) 图 9 AS 闭合瞬间，LA不亮，LB很亮 BS 闭合瞬间，LA、LB同时亮，然后 LA逐渐变暗到熄灭，L
12、B变得更亮 CS 断开瞬间，LA闪亮一下才熄灭，LB立即熄灭 DS 断开瞬间，LA、LB立即熄灭 答案 BC 3(自感现象中的图像问题)在如图 10 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 t0 时刻，闭合开 关 S，电路稳定后在 t1时刻断开开关 S.规定以电路稳定时流过 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，则下列图像中能定性描述电流 I 随时间 t 变化关系的 是( ) 图 10 答案 C 解析 当闭合开关时，因为线圈与 D1串联，所以流过 D1的电流 I1会慢慢
13、增大，流过 D2的电 流 I2为稳定值，且电路稳定时 I2I1.当开关断开时，因为线圈阻碍电流 I1的减小，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，由于 L、D1、D2和 D3构成回路，通过 D1的电流也流过 D2，所以 I2变成反向立即增大，之后逐渐减小，故 C 正确，A、B、D 错误 4.(日光灯工作原理)家用日光灯电路如图 11 所示，S 为启动器，A 为灯管，L 为镇流器，关于 日光灯的工作原理，下列说法正确的是( ) 图 11 A镇流器的作用是将交流电变为直流电 B在日光灯正常发光时，启动器中的两个触片是分开的 C日光灯发出的光是电流加热灯丝发出的 D日光灯发出的光是汞原子受到激发后直接辐射的 答案 B 解析 镇流器在启动时产生瞬时高压，在正常工作时起降压限流作用，故 A 错误；电路接通 后，启动器中的氖气停止放电(启动器分压少、辉光放电无法进行，不工作)，U 形动触片冷 却收缩，两个触片分离，故 B 正确灯丝受热时发射出来的大量电子，在灯管两端高电压作 用下，以极大的速度由低电势端向高电势端运动在加速运动的过程中，碰撞管内气体(通常 是氩气)分子，使之迅速电离在紫外线的激发下，管壁上的荧光粉发出近乎白色的可见光， 故 C、D 错误