2019-2020学年高中物理 第一章 电磁感应 第6节 自感现象及其应用教案 粤教版选修3-2.doc

高中物理第一章电磁感应第六节自感现象及其应用导学案粤教版选修自感现象及其应用班级姓名学号评价【自主学习】一、学习目标1、知道什么是自感现象2、知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量，知道它的单位及其大小的决定因素3、日光灯的工作原理二、重点难点1、能够通过电磁感应部分知识分析通电、断电时产生自感现象的原因。

三、问题导学1、什么是自感现象？2、日光灯的基本原理和结构是什么？四、自主学习（阅读课本P25-28页，《金版学案》P27-28考点1、2、3）1、完成《金版学案》P27预习篇1、2、3五、要点透析见《金版学案》P27-28考点1、2、3）【预习自测】1、由于导体本身的_______变化而产生的电磁感应现象称为自感，由于自感而产生的感应电动势叫做____________，其大小E ＝L，L为自感系数、自感系数：L与线圈的____ _、________、_________以及是否有______等因素有关，其单位是______，符号是______、2、（双选）如下图所示的电路中，电源电动势为E，内阻r不能忽略、R1和R2是两个定值电阻，L是一个自感系数较大的线圈、开关S原来是断开的，从闭合开关S到电路中电流达到稳定为止的时间内，通过R1的电流I1和通过R2的电流I2的变化情况是（）A、I1开始较大而后逐渐变小B、I1开始很小而后逐渐变大C、I2开始很小而后逐渐变大D、I2开始较大而后逐渐变小3、（双选）在日光灯电路中接有启动器、镇流器和日光灯管，下列说法中正确的是( )A、日光灯点燃后，镇流器、启动器都不起作用B、镇流器在点燃灯管时产生瞬时高压，点燃后起降压限流作用C、日光灯点亮后，启动器不再起作用，可以将启动器去掉D、日光灯点亮后，使镇流器短路，日光灯仍能正常发光，并能降低对电能的消耗第六节自感现象及其应用课后拓展案【巩固拓展】课本作业P28练习1、2、31、（单选）如图所示，线圈 L 的电阻和电池内阻都不计，两个电阻的阻值都是R，开关S原来打开，电流I0＝E/(2R)，现合上电键将一电阻短路，于是线圈有自感电动势产生（）A、有阻碍电流的作用，最后电流由 I0 减为零B、有阻碍电流的作用，最后电流总小于 I0C、有阻碍电流增大的作用，因而电流 I0 保持不变D、有阻碍电流增大的作用，但最后电流还是增大到2I2、（单选）如图所示电阻 R 和线圈自感系数 L 的值都较大，电感线圈的电阻不计，A、B 是两只完全相同的灯泡，当开关 S 闭合时，电路可能出现的情况是（）A、B 比 A 先亮，然后 B 熄灭B、A 比 B 先亮，然后 A 熄灭C、A、B 一起亮，然后 A 熄灭D、A、B 一起亮，然后 B 熄灭课堂检测案第六节自感现象及其应用班级姓名学号评价 l【课堂检测】一、自感现象1、实验一：通电自感实验①实验装置：在图所示的通电电路中，两灯泡L1、L2的规格完全相同、根据灯泡L1、L2的亮度调节滑动变阻器R的电阻和线圈L的电阻相同，即：R＝RL、这样两并联支路的电阻、②实验现象：在通电瞬间，与滑动变阻器R串联的灯泡L2_________ ，而与线圈L串联的灯泡L1则_______ __ (即其正常发光比灯L2___ __ 一段时间)，最后两灯泡都正常发光,亮度、2、实验二：断电自感实验①实验装置：如上图所示断电自感电路中，线圈L的电阻较小(线圈中有恒定电流时电阻值较小)，目的是接通电路灯泡正常发光时，通过线圈L的电流通过灯泡L的电流I，即IL>I ②实验现象：闭合开关S接通电路，调节R使灯泡L正常发光，达到稳定后，突然断开S时，发现灯泡L先一下，过一会儿才熄灭、【实验分析】两个实验电路有一个共同特点，当闭合开关或断开开关时，通过线圈的电流发生了、由法拉第电磁感应定律可知，穿过线圈的磁通量发生了变化、线圈中产生_________、这个电动势总是导体中原来电流的变化、二、日光灯的原理3、工作过程：（1）当开关闭合时，电源把电压加在启动器的两极之间，使氖气放电而发出辉光、辉光产生的热量使U形动触片膨胀伸长，跟静触片接触而把电路接通，于是镇流器的线圈和灯管的灯丝中就有电流通过、电路接通后，启动器中的氖气停止放电，U形动触片冷却收缩，两个触片分离，电路自动断开、流过镇流器的电流急剧减小，会产生很高的___________，方向与原来电压的方向_____ ，形成瞬时高压加在灯管两端，使灯管中的气体开始放电，于是日光灯管成为电流的通路开始发光、（2）日光灯正常发光时，由于使用的是交变电流，电流的大小和方向做周期性变化、当交流电的大小增大时，镇流器上的自感电动势_____ 原电流增大，自感电动势与原电压反向；当交流电的大小减小时，镇流器上的自感电动势_____ 原电流减小，自感电动势与原电压，镇流器的自感电动势总是阻碍电流的变化，镇流器就起________ _的作用、l【互动研讨】1、自感现象属于现象，遵守楞次定律和法拉第电磁感应定律2、自感电动势的作用：阻碍原电流的，而不是阻止，电流仍在变化，只是使原电流的变化，即总是起着的作用、第六节自感现象及其应用班级姓名学号评价课堂训练案l 【当堂训练】1、（单选）如下图所示，S为启动器，L为镇流器，其中日光灯的接线图正确的是（）2、（单选）关于线圈的自感系数，下列说法中正确的是（）A、线圈中电流变化量越大，线圈的自感系数越大B、线圈中电流变化得越快，线圈的自感系数越大C、若线圈中通入恒定电流，线圈自感系数为零D、不管电流如何变化，线圈的自感系数不变3、（双选）在如图所示的电路中，L 是足够大的线圈，它的电阻可忽略不计，L1 和 L2 是两个完全相同的小灯泡、将开关 S 闭合，待灯泡亮度稳定后，再将开关 S 断开，则下列说法中正确的是（）A、S 闭合瞬间，两灯同时亮，以后 L1 熄灭，L2 变亮B、S 闭合瞬间，L1 先亮，L2 后亮，最后两灯亮度一样C、S 断开时，两灯都亮一些再慢慢熄灭D、S 断开时，L2 立即熄灭，L1 亮一下再慢慢熄灭。

自感现象及其应用1．当线圈中电流变化时，线圈本身产生自感电动势，这个电动势阻碍原电流的变化。

2．自感电动势的大小与通过线圈的磁通量变化的快慢和自感系数大小有关。

3．线圈越粗、越长、匝数越多，它的自感系数就越大。

此外，有铁芯的线圈自感系数比没有铁芯时大得多。

一、自感现象1．实验探究2．自感现象由于线圈本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫做自感现象。

3．自感电动势在自感现象中产生的感应电动势，叫做自感电动势。

二、自感系数1．物理意义描述通电线圈自身影响自感电动势的特性的物理量，简称自感或电感。

2．影响因素线圈的形状、长短、匝数和有无铁芯。

线圈越粗、越长、匝数越多，其自感系数就越大，有铁芯时线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。

3．单位亨利，简称亨，符号是H，常用的较小单位有毫亨和微亨。

三、日光灯1．构造如图1­6­1所示，由灯管、镇流器和启动器组成。

图1­6­12．灯管(1)工作原理：在高压激发下，灯管内两灯丝间的气体导电，发出紫外线，管壁上的荧光粉在紫外线的照射下发出可见光。

(2)气体导电的特点：只有当灯管两端的电压达到一定值时，气体才能电离导电；而要在灯管中维持一定大小的电流，所需的电压却低得多。

3．启动器的构造及作用(1)构造：双金属片(U形动触片和静触片)。

(2)作用：在开关闭合后，使电路短暂接通再将电路断开。

4．镇流器的作用(1)启动时产生瞬时高压使灯管发光。

(2)正常发光时，起着降压、限流的作用，保证日光灯的正常工作。

1．自主思考——判一判(1)线圈的自感系数与电流大小无关，与电流的变化率有关。

(×)(2)线圈自感电动势的大小与自感系数L有关，反过来，L与自感电动势也有关。

(×)(3)线圈中电流最大的瞬间可能没有自感电动势。

(√)(4)自感现象中，感应电流一定与原电流方向相反。

(×)(5)一个线圈中的电流均匀增大，自感电动势也均匀增大。

第六节 自感现象及其应用4．日光灯的原理．一、自感现象1．自感现象当一个线圈中的电流发生变化时，它所产生的变化磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样它本身也会激发出感应电动势．这种由于导体本身的电流发生变化而使自身产生电磁感应的现象，叫做自感现象．2．自感电动势由自感而产生的感应电动势叫做自感电动势．二、自感系数自感系数L 简称自感或电感，它跟线圈的大小、形状、圈数以及是否有铁芯等因素有关，线圈的横截面积越大、线圈绕制得越密、匝数越多，它的自感系数就越大．另外有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大．单位亨利，符号是H ．常用的还有毫亨（mH ）和微亨（μH ），换算关系是1 H ＝103 mH ＝106 μH ．预习交流1自感电动势与什么因素有关呢？答案：根据法拉第电磁感应定律E ＝n ΔΦΔt，在自感现象中，由于磁通量的变化是由电流的变化引起的，故自感电动势的大小应与电流的变化快慢、线圈的自感系数有关．三、日光灯1．主要组成灯管、镇流器和启动器．2．灯管（1）工作原理：管中气体导电时发出紫外线，荧光粉受其照射发出可见光．可见光的颜色由荧光粉的种类决定．（2）气体导电的特点：灯管两端的电压达到一定值时，气体才能导电；而要在灯管中维持一定大小的电流，所需的电压却低得多．预习交流2在高电压的激发下，日光灯的灯管才能发光．这个使日光灯的灯管发光的高电压是由谁来提供的？答案：镇流器中的电流急剧减小，会产生很高的自感电动势，这个自感电动势与电源电压加在一起，形成一个瞬时高电压，加在灯管两端，使灯管中的气体放电，日光灯被点亮．一、自感现象1．当线圈中的电流发生变化时，在线圈自身中是否会发生电磁感应现象？答案：当线圈中的电流发生变化时，穿过线圈的磁通量发生变化，在线圈中会产生感应电动势，所以会发生电磁感应现象，这种电磁感应现象叫自感．2．如何确定自感电动势的方向？自感电动势的作用又是什么？答案：（1）自感电动势的方向当原电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反；当原电流减小时，自感电动势方向与原电流方向相同（即增反减同）．（2）自感电动势的作用阻碍原电流的变化，而不是阻止，原电流仍在变化，只是使原电流的变化时间变长，即总是起着推迟电流变化的作用．3．通过学习我们知道：自感现象可以分为通电自感和断电自感．通过实验演示可知，在断电过程中，有时灯泡闪亮一下再熄灭，有时灯泡只会延迟一段时间再熄灭，请分析出现上述两种现象的原因是什么．答案：在电源断开后灯泡又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原电路中的电流大．要想使灯泡闪亮一下再熄灭，就必须使自感线圈的电阻小于与之并联的灯泡．而当线圈电阻大于灯泡电阻，则灯泡只会延迟一段时间再熄灭．4．如图所示，当电路的开关断开后，灯泡的发光还会持续一段时间，有的灯泡甚至比原来还亮一些，请你思考一下这些能量是从哪里来的．答案：当电路开关闭合后电路中的电流从无到有，磁场也从无到有，电源把电能储存在线圈中的磁场中．当开关断开后，线圈中的磁场能转化为电能，从而使灯泡的发光持续一段时间．5．取一根长约1米的漆包线绕在一把锉刀上，再让一节干电池的正极与锉刀接触，负极则与导线的一端接触．手执导线的另外一端，让裸露的导线头在锉刀上来回刮动（如图所示），你观察到了什么现象？想一想，为什么会发生这一现象？答案：有电火花产生．由于锉面不平，刮动时，电路不断通断，出现自感现象，产生火花放电．在如图所示的电路中，a、b为两个完全相同的灯泡，L为自感线圈，E为电源，S为开关．关于两灯泡点亮和熄灭的先后次序，下列说法正确的是（）．A ．合上开关，a 先亮，b 后亮；断开开关，a 、b 同时熄灭B ．合上开关，b 先亮，a 后亮；断开开关，a 先熄灭，b 后熄灭C ．合上开关，b 先亮，a 后亮；断开开关，a 、b 持续发光一段时间后，同时熄灭D ．合上开关，a 、b 同时亮；断开开关，b 先熄灭，a 后熄灭答案：C解析：由于L 是自感线圈，当合上S 时，自感线圈L 将产生自感电动势，阻碍电流的流过，故b 灯先亮，而a 灯后亮．当S 断开时，a 、b 组成回路，L 产生自感电动势阻碍电流的减弱，a 、b 持续发光一段时间后，同时熄灭，故选项C 正确．1．自感电动势阻碍原电流的变化，而不是阻止，只是使原电流的变化时间变长，即自感电动势总是起着推迟电流变化的作用．2．自感电动势仍是感应电动势，所以可用楞次定律来判断其方向：当原电流增大时，自感电动势方向与原电流方向相反；当原电流减小时，自感电动势方向与原电流方向相同．3．自感电动势的大小E ＝L ΔI Δt．它可以超出线圈两端的原电压． 二、日光灯1．通过学习，我们知道自感现象可分为断电自感和通电自感，你知道在使日光灯灯管发光的过程中，应用了哪种自感现象吗？答案：断电自感．2．仔细阅读教材后，你认为启动器在日光灯电路中的作用是什么？答案：电路中的开关闭合后，电源电压加在启动器的静、动触片之间，使氖泡内的氖气放电，放电产生的热量使U 形动触片膨胀伸长，跟静触片接触，把电路接通．电路接通后，电流通过U 形动触片，由于动触片电阻很小，产生热量较少，U 形动触片冷却收缩，与静触片分离，使电路自动断开．所以说启动器在日光灯电路中相当于一个自动开关．3．有很多同学的家里使用的节能灯也是日光灯．它们与白炽灯相比，所消耗的电功率仅为相同亮度白炽灯的15～13，你知道它节能的原因吗？ 答案：（1）日光灯管发光后，电阻小，要求电流小，且日光灯管是用交流电源（大小与方向都随时变化的电流）供电，此时镇流器产生自感电动势，阻碍电流的变化，从而在灯管正常发光时起到降压限流的作用，保证日光灯管的正常工作．（2）日光灯由于靠离子导电，电阻很小，故电流的热效应小，故日光灯能节省电能．如图所示是日光灯的结构示意图，若按图示的电路连接，关于日光灯发光的情况，下列叙述中正确的是（ ）．A ．S 接通，S 、S 断开，日光灯就能正常发光B ．S 1、S 2接通，S 3断开，日光灯就能正常发光C ．S 3断开，接通S 1、S 2后，再断开S 2，日光灯就能正常发光D ．当日光灯正常发光后，再接通S 3，日光灯仍能正常发光答案：C解析：当S 1接通，S 2、S 3断开时，电源电压220 V 直接加在灯管两端，达不到灯管启动的高压值，日光灯不能发光，选项A 错误．当S 1、S 2接通，S 3断开时，灯丝两端被短路，电压为零，不能使气体电离导电，日光灯不能发光，选项B 错误．当日光灯正常发光后，再接通S 3，则镇流器被短路，灯管两端电压过高，会损坏灯管，选项D 错误．只有当S 1、S 2接通，灯丝被预热，发出电子，再断开S 2，镇流器中产生很大的自感电动势，和电源电压一起加在灯管两端，使气体电离，日光灯正常发光，选项C 正确．日光灯的工作原理1．启动：开关闭合后，电源电压加在启动器两极，使氖气放电，发辉光，产生热量，使U 形触片膨胀，跟静触片接触使电路接通．电路接通后，氖气停止放电，U 形动触片冷却收缩，两触片分开，电路断开．电路断开的瞬间，镇流器产生很高的自感电动势，其方向与原电压方向相同，共同加在灯管两端，使汞蒸气放电，日光灯开始工作．2．正常发光：日光灯正常发光时，镇流器与两灯丝及灯管内的汞蒸气组成电路，由于镇流器的线圈的自感现象，阻碍通过灯管的电流变化，起降压限流作用，确保日光灯正常工作．1．关于自感现象，下列说法中正确的是（ ）．A ．自感现象是线圈自身的电流变化而引起的电磁感应现象B ．自感电动势总是阻止原电流的变化C ．自感电动势的方向总与原电流方向相反D ．自感电动势的方向总与原电流方向相同答案：A解析：自感现象是线圈自身的电流变化而引起的电磁感应现象，在自感现象中自感电动势总是阻碍原电流的变化，不是阻止，所以B 项错；当原电流减小时，自感电动势与原电流的方向相同，当原电流增加时，自感电动势与原电流方向相反，所以C 、D 两项错．2．下列关于线圈中自感电动势的大小的说法中正确的是（ ）．A ．电流变化越大，自感电动势越大B ．电流变化越快，自感电动势越大C ．通过线圈的电流为0的瞬间，自感电动势为0D ．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：由E ＝L ΔI Δt可知，自感电动势的大小与电流的变化率成正比，与电流的大小及电流变化的大小无关，故选项A 、C 、D 错误，选项B 正确．3．如下图所示电路中，L 是一个带铁芯的线圈，R 为纯电阻，两支路的直流电阻相等，A 1、A 2为双向电流表，在接通和断开开关S 的瞬间，两电流表的读数I 1、I 2分别是（ ）．A ．I 1＜I 2，I 1＞I 2B ．I ＜I ，I ＝IC．I1＜I2，I1＜I2D．I1＝I2，I1＜I2答案：B解析：接通开关S时，由于L中的自感电动势阻碍电流的增大，所以I1＜I2；断开开关S时，L中的自感电动势阻碍电流的减小，通过L、A1、A2、R回路放电，所以I1＝I2．4．如下图所示的四个日光灯的接线图中，S1为启动器，S2为电键，L为镇流器，能使日光灯正常发光的是（）．A．①③ B．②④C．①④ D．②③答案：A解析：日光灯工作时，电流通过镇流器、灯丝，电源和启动器形成回路，使启动器发出辉光，相当于启动器短路接通，同时电流加热灯丝，灯丝发射电子，镇流器起控制加热电流的作用；之后启动器断开瞬间，镇流器产生很大的自感电动势，出现一个高电压加在灯管两端，灯管中的气体放电、发光，此时启动器已无作用．所以启动器可用手动的开关来代替（实际操作时，当启动器丢失或损坏时，可手持带绝缘皮的导线短接启动器然后再断开），图④的错误是不能让镇流器短路．5．如图所示的电路中，L为自感线圈，R是一个灯泡，E是电源．当S闭合瞬间，通过电灯的电流方向是________；当S切断瞬间，通过电灯的电流方向是________．答案：A→B B→A解析：当S断开瞬间，由于电源提供给R及线圈的电流很快消失，因此线圈要产生一个和原电流方向相同的自感电动势为阻碍原电流减小，所以线圈此时相当于一个电源，与电灯R构成放电电路．故流经R的电流方向是B→A．。

第6节自感现象及其应用本节教材分析三维目标1.知识与技能（1）知道什么是自感现象和自感电动势。

（2）知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量。

（3）知道影响自感系数的因素。

（4）知道日光灯的基本原理和结构。

2.过程与方法（1）观察自感现象，认识实验在物理学研究中的作用。

（2）通过自感电动势大小的探究，加深对控制变量法的认识。

（3）经过日光灯工作原理的探究过程，尝试用科学探究方法研究物理问题。

3.情感态度与价值观（1）通过自感现象与决定自感电动势大小的因素的探究活动，培养学生参与科学探究活动的热情和实事求是的科学态度。

（2）了解自感现象的实际应用，体会物理学对经济、社会发展的推动作用。

教学重点由现象入手，分析产生现象的原因，找出基本规律，将所学的知识、规律应用到实际问题中。

教学难点分析自感现象产生的原因及日光灯原理。

教学建议自感现象是一种特殊的电磁感应现象，教材通过实验探究，使学生明白自感现象的规律都符合电磁感应现象的一般规律，导体本身的电流变化，引起磁通量变化，这是产生自感现象的原因；而根据楞次定律，自感电动势的作用是阻碍电流变化。

然后教材通过讨论与交流，利用类比，电磁感应产生的感应电动势与磁通量的变化率成正比，那么自感电动势于什么有关？能启迪学生思考，然后通过实验探究，要让学生自己动手，并把实验现象观察结果填写在表格中，从而引出自感系数。

日光灯是常用的设备，课本先介绍了日光灯的结构和发光特点，然后通过“观察与思考”栏目，让学生搞清楚日光灯的工作原理，并总结镇流器所起的作用。

并在书末简单提出了电子镇流器及新型灯具，引导学生进一步收集资料、自行探究。

新课导入设计导入一引入（1）发生电磁感应现象、产生感应电动势的条件是什么？怎样得到这种条件？（2）如果通过线圈本身的电流有变化，使它里面的磁通量改变，能不能产生电动势？▲学生猜想导入二复习引入师：上节课提到了几种不同形式的电磁感应现象，你们认为引起电磁感应现象最重要的条件是什么？☆生：穿过电路的磁通量发生变化师：对！不论采用什么方式，只要能使穿过电路的磁通量发生变化，均能引起电磁感应现象。