教科版高中物理选修(3-2)1.6《自感》学案

教科版高中物理选修（3-2）

1.6《自感》学案

【学习目标】

1.能够通过电磁感应的有关规律分析通电自感和断电自感现象.

2.了解自感电动势的表达式E L＝L ΔI

Δt

，知道自感系数的决定因素.

3.了解日光灯结构及工作原理．

【知识探究·梳理知识要点】

一、自感现象

[问题设计]

1．通电自感：如图1所示，开关S闭合的时候两个灯泡的发光情况有什么不同？

图1

答案灯泡D

2立即正常发光，灯泡D

1

逐渐亮起来．

2．断电自感：如图2所示，先闭合开关使灯泡发光，然后断开开关．

图2

(1)开关断开前后，流过灯泡的电流方向有何关系？

(2)在开关断开后，有时灯泡闪亮一下再熄灭，有时灯泡只会缓慢变暗直至熄灭，请分析上述两种现象的原因是什么？

答案(1)S闭合时，灯泡D中电流方向向左，S断开瞬间，灯泡D中电流方向向右，所以开关S断开前后，流过灯泡的电流方向相反．

(2)在开关断开后灯泡又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电源对灯泡供电的电流大．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的电阻．而当自感线圈的电阻大于灯泡的电阻时，灯

泡只会延迟一段时间再熄灭．

[要点提炼]

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．

2．对通电自感和断电自感现象的分析

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．(1)通电瞬间自感电动势阻碍电流的增加，与自感线圈串联的灯泡在通电后会逐渐变亮，直到稳定．通电瞬间自感线圈处相当于断路，电流稳定时自感线圈相当于导体．

(2) 断电时自感线圈处相当于电源，若断电前，自感线圈电流I L大于灯泡的电流I灯，则灯泡会闪亮一下再熄灭；若断电前自感线圈中的电流I L小于灯泡中的电流I灯，则不会出现闪亮，而是逐渐熄灭．要注意断电前后通过灯泡的电流方向是否变化．(均选填“大于”或“小于”)

二、自感系数

[问题设计]

请阅读教材“自感系数”的内容并回答下列问题．

(1)自感电动势的大小取决于哪些因素？

(2)自感系数与什么有关？

答案(1)自感电动势的大小与电流变化的快慢和自感系数有关．

(2)自感系数跟线圈的形状、体积、匝数等因素有关，另外还与有无铁芯有关．[要点提炼]

1．自感电动势的大小：E L＝L ΔI

Δt

，其中L是自感系数，简称自感或电感，单位：

享利，符号H.1 mH＝10－3 H；1 μH＝10－6 H.

2．自感系数的决定因素：由线圈本身性质决定，与线圈的形状、体积、匝数以及是否有铁芯等因素有关，与E L、ΔI、Δt等无关．

三、日光灯

[问题设计]

1．自感现象可分为断电自感和通电自感，在使日光灯管启动的过程中，应用了哪种自感现象？

答案断电自感．

2．仔细阅读教材，你认为启动器在日光灯电路中的作用是什么？

答案启动器在日光灯电路中相当于一个自动开关．

3．镇流器在日光灯的启动及正常工作时各起什么作用？

答案当启动日光灯时，由于启动器的两个触片的分离，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．

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(大小与方向都随时间变化的电流)供电，此时镇流器产生自感电动势，阻碍电流变化，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．

[要点提炼]

1．启动器在日光灯电路中的作用为自动开关．

2．当启动日光灯时，镇流器利用自感现象产生瞬时高电压；当日光灯正常发光时，镇流器又利用自感现象，起到降压限流作用．

【学以致用·探索应用所学知识解决问题之道】

一、自感现象的分析

例1如图3所示，电感线圈L的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计，L A、L

B

是两个相同的灯泡，且在下列实验中不会烧毁，电阻R2的阻值约等于R1的两倍，则 ( )

图3

A．闭合开关S时，L

A 、L

B

同时达到最亮，且L

B

更亮一些

B．闭合开关S时，L

A 、L

B

均慢慢亮起来，且L

A

更亮一些

C．断开开关S时，L

A 慢慢熄灭，L

B

马上熄灭

D．断开开关S时，L

A 慢慢熄灭，L

B

闪亮后才慢慢熄灭

解析由于灯泡L

A

与线圈L串联，灯泡L B与电阻R2串联，当S闭合的瞬间，通

过线圈的电流突然增大，线圈产生自感电动势，阻碍电流的增加，所以L

B

先亮，

A、B错误；由于L

A 所在的支路电阻阻值偏小，故稳定时电流大，即L

A

更亮一些，

当S断开的瞬间，线圈产生自感电动势，两灯组成的串联电路中，电流从线圈中原来的电流开始减小，即从I A开始减小，故L A慢慢熄灭，L B闪亮后才慢慢熄灭，C错误，D正确．

答案 D

思路点拨(1)分析自感电流的大小时，应注意“L的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计”这一关键语句；

(2)电路接通瞬间，自感线圈相当于断路；

(3)电路断开瞬间，回路中电流从L中原来的电流开始减小．

二、自感现象的图像问题

例2如图4所示的电路中，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S突然断开，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4

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感应电动势，使线圈中的电流从原来的2 A逐渐减小，方向不变，且同灯泡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的电流方向相反，D对．

答案 D

三、对日光灯工作原理的理解