学年高中物理第2章楞次定律和自感现象第2节自感教师用书鲁科版Word下载.docx
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大城市的无轨电车在行驶的过程中，由于车身颠簸，有可能使车顶上的电弓瞬间脱离电网线，这时可以看到电火花闪现．试说明产生电火花的原因是什么？
【提示】 电弓脱离电网线的瞬间电流减小，所产生的自感电动势很大，在电弓与电网线的空隙产生电火花．
如图2 2 1所示，A1、A2是规格完全一样的灯泡，①S闭合时，发现A1比A2亮得晚；
②S断开时，两灯泡都亮一会再熄灭．
图2 2 1
探讨1：
为什么会出现上述①中的现象？
【提示】 开关闭合时，电流从0开始增加，线圈L中的磁通量发生变化形成感应电流，阻碍线圈中电流的增加，推迟了电流达到正常值的时间，故A1比A2亮得晚．
探讨2：
S断开时为什么出现②中的现象？
【提示】 S断开时，电流开始减小，线圈中磁通量也发生变化，同样推迟电流的减小时间，此时L相当于电源，回路中的A1、A2都亮一会再熄灭．
探讨3：
①②两种现象中，流过A1、A2的电流方向一样吗？
【提示】 A1中电流方向不变，A2中电流方向相反．
在处理通断电灯泡亮度变化问题时，不能一味套用结论，如通电时逐渐变亮，断电时逐渐变暗，或闪亮一下逐渐变暗，要具体问题具体分析，关键要搞清楚电路连接情况．
与线圈串联的灯泡
与线圈并联的灯泡
电路图
通电时
电流逐渐增大，
灯泡逐渐变亮
电流突然变大，然后逐渐减小达到稳定
断电时
电流逐渐减小
灯泡逐渐变暗
电流方向不变
电路中稳态电流为I1、I2
①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗
②若I2>
I1，灯炮闪亮后逐渐变暗
两种情况灯泡电流方向均改变
1．（多选）如图2 2 2所示，灯LA、LB完全相同，带铁芯的线圈L的电阻可忽略．则（ ）
图2 2 2
A．S闭合的瞬间，LA、LB同时发光，接着LA熄灭，LB更亮
B．S闭合的瞬间，LA不亮，LB立即亮
C．S闭合的瞬间，LA、LB都不立即亮
D．稳定后断开S的瞬间，LB立即熄灭，LA先亮一下再熄灭
【解析】 S接通的瞬间，L支路中电流从无到有发生变化，因此，L中产生的自感电动势阻碍电流增大．所以，S接通的瞬间L中的电流非常小，即干路中的电流几乎全部流过LA，故LA、LB会同时亮．又由于L中电流很快稳定，感应电动势很快消失，对LA起到“短路”作用，因此，LA便熄灭．这时电路的总电阻比刚接通时小，由恒定电流知识可知LB会比以前更亮．故选项A正确．断开S的瞬间，线圈L产生自感电动势，在L、LA回路中产生自感电流，所以LA先亮一下再熄灭；
LB在S断开的瞬间处于断路状态，电流立即变为零，所以LB熄灭．
【答案】 AD
2．（多选）如图2 2 3所示，电路甲、乙中电阻R和自感线圈L的电阻都很小．接通开关S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则（ ）
甲 乙
图2 2 3
A．在电路甲中，断开S，A将渐渐变暗
B．在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
C．在电路乙中，断开S，A将渐渐变暗
D．在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
【解析】 甲图中，灯泡A与线圈L在同一支路，通过它们的电流相同，IA＝IL；
断开开关S时，A、L、R组成回路；
由于自感作用，回路中电流由IL逐渐减小，灯泡A不会闪亮，将逐渐变暗，故A正确；
乙图中，电路稳定时，通过上支路的电流IL>
IA（因L的电阻很小）；
断开开关S时，由于L的自感作用，回路中的自感电流在IL的基础上减小，电流反向通过灯泡A的瞬间，灯泡A中电流变大，然后逐渐变小，所以灯泡A闪亮一下，然后逐渐变暗，故D正确．
自感电动势的作用
在通电自感现象中，线圈L相当于阻值逐渐减小的“电阻”；
在断电自感现象中，线圈L相当于电动势逐渐减小的“电源”．在断电自感中要判断某一个小灯泡是否会闪亮一下再熄灭，一是看是否能组成临时回路，二是看此时通过小灯泡的电流比断开前大还是小．
自感系数
自感系数
物理意义
表征产生自感电动势本领的大小
大小决定因素
线圈形状、横截面积、长短、匝数、铁芯等
单位
亨（H）、毫亨（mH）、微亨（μH）
1．线圈的自感系数大，其电阻一定大．（×
2．不管电流如何变化，线圈的自感系数不变．（√）
3．产生的自感电动势较大，说明自感系数较大．（×
照明用电灯泡内，有螺旋状灯丝，且用的是交流电，开灯、关灯时，你发现自感现象了吗？
请给予解释．
【提示】 照明用交流电，开、关灯时灯丝内电流会发生变化，会有自感现象发生，只是由于灯丝的自感系数太小，自感现象不明显，使我们并没有发现．
线圈中电流变化越快，自感系数如何变化？
【提示】 不变
把线圈中的铁芯抽出一些，自感系数如何变化？
【提示】 减小
自感系数L
线圈的自感系数是由线圈本身决定的，与是否通电及电流的大小无关．具体地说，是由线圈截面的粗细、线圈的长短、匝数的密集程度（即单位长度的匝数）以及线圈内部是否存在铁芯等因素共同决定的．且线圈越长、匝数越多、越密、横截面积越大，以及有铁芯时，则线圈的自感系数就越大．
3．（多选）通过一个线圈的电流在均匀增大时，这个线圈的（ ）．
A．自感系数也将均匀增大
B．自感电动势也将均匀增大
C．磁通量也将均匀增大
D．自感系数和自感电动势不变
【解析】 线圈的磁通量与电流大小有关，电流增大，磁通量增大，故C项正确；
而自感系数由线圈本身决定，与电流大小无关；
自感电动势EL＝L
，与自感系数和电流变化率有关，对于给定的线圈，L一定，已知电流均匀增大，说明电流变化率恒定，故自感电动势不变，D项正确．
【答案】 CD
4．下列单位关系不正确的是（ ）
A．1亨＝1欧·
秒B．1亨＝1伏·
安/秒
C．1伏＝1韦/秒D．1伏＝1亨·
【解析】 由E＝L
知，L＝
，故1亨＝1伏·
秒/安，或1伏＝1亨·
安/秒，选项B错误，D正确；
又1伏＝1安·
欧，故A正确；
由E＝n
知，选项C也正确．综上知，不正确的为B.
【答案】 B
线圈自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定．
学业分层测评（五）
（建议用时：
45分钟）
[学业达标]
1．关于线圈的自感系数、自感电动势的下列说法中正确的是（ ）．
A．线圈中电流变化越大，线圈自感系数越大
B．对于某一线圈，自感电动势正比于电流的变化量
C．一个线圈的电流均匀增大，这个线圈的自感系数、自感电动势都不变
D．自感电动势总与原电流方向相反
【解析】 线圈的自感系数L只由线圈本身的因素决定，选项A错误．由E自＝L
知，E自与
成正比，与ΔI无直接关系，选项B错误，C正确．E自方向在电流增大时与原电流方向相反，在电流减小时与原电流方向相同，选项D错误．
【答案】 C
2．（多选）下列说法正确的是（ ）
A．当线圈中电流不变时，线圈中没有自感电动势
B．当线圈中电流反向时，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相反
C．当线圈中电流增大时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反
D．当线圈中电流减小时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反
【解析】 由法拉第电磁感应定律可知，当线圈中电流不变时，不产生自感电动势，A对；
当线圈中电流反向时，相当于电流先减小后反向增大，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相同，B错；
当线圈中电流增大时，自感电动势阻碍电流的增大，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反，C对；
当线圈中电流减小时，自感电动势阻碍电流的减小，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相同，D错．
【答案】 AC
3.如图2 2 4所示的是自感现象的实验装置，A是灯泡，L是带铁芯的线圈，E为电源，S是开关．下述判断正确的是（ ）
【导学号：
78870029】
图2 2 4
A．S接通的瞬间，L产生自感电动势，S接通后和断开瞬间L不产生自感电动势
B．S断开的瞬间L产生自感电动势，S接通瞬间和接通后L不产生自感电动势
C．S在接通或断开的瞬间L都产生自感电动势，S接通后L不再产生自感电动势
D．S在接通或断开瞬间以及S接通后，L一直产生自感电动势
【解析】 S断开和接通瞬间，通过线圈的电流都发生变化，都产生感应电动势，S接通后通过线圈的电流不再变化，没有感应电动势产生，故A、B、D错误，C正确．
4．（多选）某线圈通有如图2 2 5所示的电流，则线圈中自感电动势改变方向的时刻有（ ）
图2 2 5
A．第1s末
B．第2s末
C．第3s末
D．第4s末
【解析】 在自感现象中，当原电流减小时，自感电动势与原电流的方向相同；
当原电流增大时，自感电动势与原电流方向相反．在0～1s内原电流沿正方向减小，所以自感电动势的方向是正方向；
在1～2s内原电流沿负方向增加，所以自感电动势与其方向相反，即沿正方向；
同理分析2～3s、3～4s、4～5s内自感电动势的方向分别是沿负方向、负方向、正方向，可得正确答案为选项B、D.
【答案】 BD
5.（多选）如图2 2 6所示，E为电池组，L是自感线圈（直流电阻不计），D1、D2是规格相同的小灯泡．下列判断正确的是（ ）
图2 2 6
A．开关S闭合时，D1先亮，D2后亮
B．闭合S达稳定时，D1熄灭，D2比起初更亮
C．断开S时，D1闪亮一下
D．断开S时，D1、D2均不立即熄灭
【解析】 开关S闭合时D1，D2同时亮，电流从无到有，线圈阻碍电流的增加，A错．闭合S达稳定时D1被短路，电路中电阻减小，D2比起初更亮，B对．断开S时，线圈阻碍电流减小，故D1会闪亮一下，而D2在S断开后无法形成通路，会立即熄灭，所以C对，D错．
【答案】 BC
6.如图2 2 7所示的电路中，两个相同的电流表G1和G2，零点均在刻度盘的中央，当电流从“＋”接线柱流入时，指针向右摆；
当电流从“－”接线柱流入时，指针向左摆，在电路接通后再断开开关S的瞬间，下述说法中正确的是（ ）
78870030】
图2 2 7
A．G1指针向右摆，G2指针向左摆
B．G1指针向左摆，G2指针向右摆
C．G1、G2的指针都向右摆
D．G1、G2的指针都向左摆
【解析】 在电路接通后再断开开关S的瞬间，由于线圈L中的原电流突然减小，线圈L中产生自感现象，线圈中的电流逐渐减小，电流流经L、G2、R、G1，方向顺时针，由于从表G1的“＋”接线柱流入，表G2的“－”接线柱流入，因此G1指针右偏，表G2的指针左偏，答案选A.
【答案】 A
7．如图2 2 8所示，L是电阻不计的自感线圈，C是电容器，E为电源，在开关S闭合和断开时，关于电容器的带电情况，下列说法正确的是（ ）
78870031】
图2 2 8
A．S闭合瞬间，A板带正电，B板带负电
B．S保持闭合，A板带正电，B板带负电
C．S断开瞬间，A板带正电，B板带负电
D．由于线圈L的电阻不计，电容器被短路，上述三种情况下电容器均不带电
【解析】 S闭合瞬间，通过L的电流增大，L产生的自感电动势的方向是由下指向上，使电容器充电，A板带正电，B板带负电，A项正确；
S保持闭合时，L的电阻为零，电容器两极板被短路，不带电，B项错误；
S断开瞬间，通过L的电流减小，自感电动势的方向由上指向下，在L、C组成的回路中给电容器充电，使B板带正电，A板带负电，C项错误．综上D项错误．
8.如图2 2 9所示，R1、R2的阻值均为R，电感线圈L的电阻及电池内阻均可忽略不计，S原来断开，电路中电流I0＝
.现将S闭合，于是电路中产生自感电动势，自感电动势的作用是（ ）
图2 2 9
A．使电路的电流减小，最后由I0减小到零
B．有阻碍电流增大的作用，最后电流小于I0
C．有阻碍电流增大的作用，因而电流总保持不变
D．有阻碍电流增大的作用，但电流最后还是变为2I0
【解析】 当S闭合时，电路中电阻减小，电流增大，线圈的作用是阻碍电流的增大，选项A错误；
阻碍电流增大，不是不让电流增大，而是让电流增大的速度减缓，选项B、C错误；
最后达到稳定时，I＝
＝2I0，故选项D正确．
【答案】 D
[能力提升]
9．（多选）如图2 2 10所示是研究自感通电实验的电路图，A1、A2是两个规格相同的小灯泡，闭合开关调节电阻R，使两个灯泡的亮度相同，调节可变电阻R1，使它们都正常发光，然后断开开关S.重新闭合开关S，则（ ）
图2 2 10
A．闭合瞬间，A1立刻变亮，A2逐渐变亮
B．闭合瞬间，A2立刻变亮，A1逐渐变亮
C．稳定后，L和R两端电势差一定相同
D．稳定后，A1和A2两端电势差不相同
【解析】 闭合瞬间，A2立刻变亮，A1逐渐变亮，稳定后，两个灯泡的亮度相同，说明它们的电压相同，L和R两端电势差一定相同，选项B、C正确，A、D错误．
10．如图2 2 11所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，电感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变化的图象中，正确的是（ ）
图2 2 11
【解析】 S闭合时，由于自感L的作用，经过一段时间电流稳定时L电阻不计．可见电路的外阻是从大变小的过程．由U外＝
E可知U外也是从大变小的过程．t1时刻断开S，由于自感在L、R、D构成的回路中电流从B向A且中间流过D，所以t1时刻UAB反向，B正确．
11.如图2 2 12所示，电源的电动势E＝15V，内阻忽略不计．R1＝5Ω，R2＝15Ω，电感线圈的电阻不计，求当开关S接通的瞬间，S接通达到稳定时及S切断的瞬间流过R1的电流．
图2 2 12
【解析】 开关S接通瞬间，流过线圈L的电流不能突变，所以流过R1的电流仍为0.达到稳定时，线圈相当于导线，所以流过R1的电流为I1＝
＝
A＝3A.
开关S断开瞬间，流过线圈L的电流不能突变，所以流过R1的电流仍为3A.
【答案】 0 3A 3A
12.如图2 2 13所示为研究自感实验电路图，并用电流传感器显示出在t＝1×
10－3s时断开开关前后一段时间内各时刻通过线圈L的电流（如图2 2 14）．已知电源电动势E＝6V，内阻不计，灯泡R1的阻值为6Ω，电阻R的阻值为2Ω.求：
图2 2 13
图2 2 14
（1）线圈的直流电阻RL是多少？
（2）开关断开时，该同学观察到什么现象？
（3）计算开关断开瞬间线圈产生的自感电动势．
【解析】 由图象可知S闭合稳定时IL＝1.5A
RL＝
－R＝
Ω－2Ω＝2Ω
此时小灯泡电流I1＝
A＝1A
S断开后，L、R、R1组成临时回路
电流由1.5A逐渐减小，所以灯会闪亮一下再熄灭，自感电动势E＝IL（R＋RL＋R1）＝15V.
【答案】
（1）2
（2）灯泡闪亮一下后逐渐变暗，最后熄灭 （3）15
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