2017-2018学年高中物理教科版选修3-2学案：第一章 6
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[目标定位] 1.知道自感现象.观察通电自感和断电自感实验现象，了解自感现象中自感电动势的作用.2.理解自感系数和自感系数的决定因素.3.了解日光灯的构造及工作原理.
一、自感现象
1.定义：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.
图1
2.自感电动势对电流的作用：电流增加时，自感电动势阻碍电流的增加；电流减小时，自感电动势阻碍电流的减小.
实验1：演示通电自感现象
实验电路如图1所示，开关S接通时，可以看到灯泡2立即发光，而灯泡1是逐渐亮起来的.
实验2：演示断电自感现象.
图2
实验电路如图2所示，线圈L的电阻比灯泡的电阻小，接通电路，灯泡正常发光后，迅速断开开关S，可以看到灯泡闪亮一下再逐渐熄灭.
深度思考
在断电自感现象中，电流减小时，自感线圈中的电流大小一定小于原先所通过电流的大小，为什么灯泡有时闪亮一下再熄灭？
答案 断电自感时，自感线圈中的电流大小一定小于原先所通过电流的大小，但是可能会大于灯泡中的电流，所以灯泡会闪亮一下再熄灭.
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( )
图3
A．A比B先亮，然后A灭
B．B比A先亮，然后B逐渐变暗
C．A、B一起亮，然后A灭
D．A、B一起亮，然后B灭
解析 本题考查通电自感现象的分析，关键是要知道纯电感线圈在电路稳定前后的作用：S闭合时，由于与A灯串联的线圈L的自感系数很大，故在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，故A、C、D错；稳定后，由于与B灯连接的电阻很大，流过B灯支路的电流很小，所以B灯逐渐变暗，故B正确．
答案
B
分析通电自感需抓住三点：
1通电瞬间自感线圈处相当于断路；
2电流增大过程中自感线圈对电流有阻碍作用使线圈中的电流从0逐渐增大到稳定值；
3电流稳定时自感线圈相当于导体.
例2 如图4(a)、(b)所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，且小于灯泡A的电阻，闭合开关S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则(
)
图4
A.在电路(a)中，断开S，A将渐渐变暗
B.在电路(a)中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
C.在电路(b)中，断开S，A将渐渐变暗
D.在电路(b)中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
解析 在电路(a)中，灯A和线圈L串联，它们的电流相同，断开S时，线圈上产生自感电动势，阻碍原电流的减小，流过灯A的电流逐渐减小，从而灯A只能渐渐变暗.
在电路(b)中，电阻R和灯A串联，灯A的电阻大于线圈L的电阻，电流则小于线圈L中的电流，断开S时，电源不再给灯泡供电，而线圈产生自感电动势阻碍电流的减小，通过R、A形成回路，灯A中电流突然变大，灯A将先变得更亮，然后渐渐变暗，故A、D正确.
答案 AD
针对训练 如图5所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，线圈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S，下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像中，正确的是(
)
图5
答案 B
解析 在t＝0时刻闭合开关S，由于线圈L产生自感电动势，阻碍电流通过，电源输出电流较小，路端电压较高，经过一段时间电路稳定，电源输出电流较大，路端电压较低.在t＝t1时刻断开S，线圈L产生自感电动势，与灯泡构成闭合回路，灯泡D中有反向电流通过，所以表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像中正确的是B.
1断电时，自感线圈处相当于电源，其电流逐渐减小，不会发生突变.
2断电时，灯泡会不会闪亮一下再熄灭取决于通过灯泡前后电流大小的关系.若断电前自感线圈电流IL大于灯泡的电流ID则灯泡会闪亮一下再熄灭；若断电前自感线圈中的电流IL小于或等于灯泡中的电流ID则不会出现闪亮，而是逐渐熄灭.
3要注意断电前后通过灯泡的电流方向是否变化.
二、自感系数
1.自感电动势的大小和自感系数 (1)自感电动势EL跟电流的变化率ΔIΔt成正比.公式EL＝LΔIΔt.
式中比例系数L叫做线圈的自感系数，简称自感或电感.
(2)自感系数：
单位：亨利，符号：H.1mH＝10－3_H，1μH＝10－6_H.
2.自感系数的决定因素：与线圈的形状、体积、匝数，以及是否有铁芯等因素有关.
例3 关于线圈的自感系数，下面说法正确的是( )
A.线圈的自感系数越大，自感电动势就一定越大
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
解析 线圈的自感系数是由线圈本身的因素及有无铁芯决定的，与有无电流、电流变化情况都没有关系，故B、C错误，D正确；自感电动势的大小除了与自感系数有关，还与电流的变化率有关，故A错误.
答案
D
对自感系数的理解：
1自感系数的大小由线圈本身的特性及有无铁芯决定，线圈越长，单位长度的匝数越多，自感系数越大.
2自感系数与E、ΔI、Δt等均无关.
三、自感的典型应用——日光灯
1.日光灯的电路如图6所示.
图6
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压，而使灯管快速启动.
3.镇流器的作用：日光灯启动时，镇流器提供瞬时高压，而使气体电离；灯管发光后，镇流器又起着稳压限流的作用.
例4 如图7甲为日光灯电路，图乙为启动器结构图.在日光灯正常工作的过程中(
)
图7
A.镇流器为日光灯的点亮提供瞬时高压
B.镇流器维持灯管两端有高于电源的电压，使灯管正常工作
C.灯管点亮发光后，启动器中两个触片是接触的
D.灯管点亮发光后，镇流器起分压限流作用使灯管在较低的电压下工作
解析 日光灯刚发光时，镇流器在启动时产生瞬时高压，故A正确；灯管点亮发光后，镇流器起分压限流作用使灯管在较低的电压下工作，故B错误，D正确.灯管正常发光后，启动器不再工作，启动器中两个触片是分离的.故C错误；故选A、D.
答案 AD
1.(对通、断电自感的理解)(多选)如图8所示，带铁芯的电感线圈的电阻与电阻器R的阻值相同，A1、A2是两个完全相同的电流表，则下列说法中正确的是(
)
图8
A.闭合S瞬间，电流表A1示数小于A2示数
B.闭合S瞬间，电流表A1示数等于A2示数
C.断开S瞬间，电流表A1示数大于A2示数 D.断开S瞬间，电流表A1示数等于A2示数
答案 AD
解析 开关S闭合瞬间，线圈L产生自感电动势阻碍电流增大，所以此时电流表A1中的电流小于电流表A2中的电流，A项正确；开关断开瞬间，线圈L与A1、A2和R构成回路，线圈L中产生自感电动势，阻碍电流减小，所以A1、A2中电流也逐渐减小，但始终相等，D项正确.
2.(对通、断电自感的理解)如图9所示的电路中A1和A2是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数很大的线圈，其阻值与R相同.在开关S接通和断开时，灯泡A1和A2亮暗的顺序是(
)
图9
A.闭合时A1先达最亮，断开时A1后灭
B.闭合时A2先达最亮，断开时A1后灭
C.闭合时A1先达最亮，断开时A1先灭
D.闭合时A2先达最亮，断开时A2先灭
答案 A
解析 当开关S闭合时，A1和A2同时亮，但由于自感现象的存在，线圈上产生自感电动势阻碍电流的增大，使通过线圈的电流从零开始逐渐增大，所以开始时电流几乎全部从A1通过，而该电流又将同时分两路通过A2和R，所以A1先达最亮，经过一段时间电路稳定后，A1和A2达到一样亮；当开关S断开时，电源电流立即为零，因此A2立即熄灭，而对A1，由于通过线圈的电流突然减小，线圈中产生自感电动势阻碍电流的减小，使线圈L和A1组成的闭合电路中有感应电流，所以A1后灭.
3.(对自感电动势的理解)关于线圈中自感电动势大小的说法中正确的是( )
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.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，ΔIΔt越大，由E＝LΔIΔt知，自感电动势越大，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，电流的变化率为零，自感电动势为零，故D错.
4.(自感的典型应用——日光灯)(多选)日光灯电路主要由镇流器、启动器和灯管组成，下列说法正确的是( )
A.日光灯正常工作时，启动器中两个触片是闭合的
B.镇流器给日光灯开始点燃提供瞬时高压
C.灯管正常发光后，镇流器起降压限流作用
D.日光灯正常工作时，取下启动器，日光灯不能正常工作
答案
BC
题组一 对通、断电自感现象的分析
1.如图1是用于观察自感现象的电路图，设线圈的自感系数很大，线圈的直流电阻RL与灯泡的电阻R满足RL≪R，则在开关S由闭合到断开的瞬间，可以观察到(
)
图1
A.灯泡立即熄灭
B.灯泡逐渐熄灭
C.灯泡有明显的闪亮现象
D.只有在RL≫R时，才会看到灯泡有明显的闪亮现象
答案 C
解析 S闭合，电路稳定时，由于RL≪R，那么IL≫IR，S断开的瞬时，流过线圈的电流IL要减小，在L上产生的自感电动势要阻碍电流的减小，而灯泡与线圈形成闭合回路，流过线圈的电流IL通过灯泡，由于IL≫IR，因此灯开始有明显的闪亮，C正确，A、B错误.若RL≫R，则IL≪IR，这样灯不会有明显的闪亮，D错.
2.如图2所示，L为一纯电感线圈(即电阻为零).A是一个灯泡，下列说法正确的是(
)
图2
A.开关S闭合瞬间，无电流通过灯泡
B.开关S闭合后，电路稳定时，无电流通过灯泡
C.开关S断开瞬间，无电流通过灯泡
D.开关S闭合瞬间及稳定时，灯泡中均有从a到b的电流，而在开关S断开瞬间，灯泡中有
