46磁场互感和自感现象Word文件下载.docx

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当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也在它本身激发出感应电动势，这种现象称为自感.由于自感而产生的感应电动势叫做自感电动势.

三、自感系数

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.

（1）自感电动势：

E＝L

，其中L是自感系数，简称自感或电感．单位：

亨利，符号：

H.

（2）自感系数与线圈的大小、形状、圈数，以及是否有铁芯等因素有关．

注意：

自感电动势产生的自感电流，会阻碍原电流的变化，原电流增加的时候，会阻碍原电流增加，也就是让原电流缓慢增加，自感电动势与原电动势相反；

原电流减小的时候，会阻碍原电流减小，也就是让原电流缓慢减小，自感电动势与原电动势相同。

阻碍并不是阻止，只是减慢了。

当线圈电流想增大时（闭合开关，电流从无到有），阻碍增大，但是还是增大，只是让缓慢增大了

当线圈电流想减小时（断开开关，电流从有到无），阻碍减小，但是还是减小，只是让缓慢减小了

阻碍减小的时候要有回路，没有回路谈不上有电流。

要想闪亮一下，两者电流不一样，有一个电流得大。

（哪个大呢？

）

图像问题

给学生讲一下线圈最后把灯泡短路的情况

四、通电自感现象

1.认识通电时的自感现象

如图3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3

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）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.

（2）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）.

五、断电自感现象

1.认识断电时的自感现象

如图5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5

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.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.而当线圈电阻大于或等于灯泡的电阻时，灯泡就会缓慢变暗直至熄灭.

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.

五、自感现象中的图象问题

例4

　如图7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2A，流过灯泡的电流是1A，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变化关系的图象是（　D　）

图7

习题

定义题

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（B）

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

通电自感

2如图4所示，电路中电源的内阻不能忽略，电阻R的阻值和线圈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）（　B　）

图4

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

-3　（多选）在如图3所示的甲、乙电路中，电阻R和灯泡电阻的阻值相等，自感线圈L的电阻值可认为是0，在接通开关S时，则（AD）

A.在电路甲中，A将渐渐变亮

B.在电路甲中，A将先变亮，然后渐渐变暗

C.在电路乙中，A将渐渐变亮

D.在电路乙中，A将先由亮渐渐变暗，然后熄灭

断电自感

4　如图6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（　D　）

图6

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

---5　（多选）如图5甲、乙所示的电路中，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（AD）

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

6　（多选）如图4所示，是一种延时装置的原理图，当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通；

当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放．则（BC）

A．由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用

B．由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用

C．如果断开B线圈的开关S2，无延时作用

D．如果断开B线圈的开关S2，延时将变化

7.（注意电流方向的变化）如图9所示的电路可用来测定自感系数较大的线圈的直流电阻，线圈两端并联一个电压表，用来测量自感线圈两端的直流电压，在实验完毕后，将电路拆去时应（　B　）

图9

A.先断开开关S1B.先断开开关S2

C.先拆去电流表AD.先拆去电阻R

---8.某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁芯的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E，用导线将它们连接成如图10所示的电路.检查电路后，闭合开关S，小灯泡发光；

再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象.虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他苦思冥想找不出原因.你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是（　C　）

图10

A.电源的内阻较大B.小灯泡电阻偏大

C.线圈电阻偏大D.线圈的自感系数较大

解析　根据实物连线图画出正确的电路图，如图所示，当闭合开关S，电路稳定之后，小灯泡中有稳定的电流IA，自感线圈中有稳定的电流IL，当开关S突然断开时，电流IA立即消失，但是，由于自感电动势的作用，流过线圈的电流IL不能突变，自感线圈和小灯泡构成回路，如果IL>

IA，则能观察到小灯泡闪亮一下再熄灭，线圈的自感系数越大，小灯泡延时闪亮的时间就越长.可见灯泡未闪亮的根本原因是不满足IL>

IA的条件，这是线圈电阻偏大造成的.故C正确.

通断电自感

9.（对自感现象的理解）（多选）如图9所示电路，自感线圈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（　BC　）

A.S闭合瞬间，LA不亮，LB很亮

B.S闭合瞬间，LA、LB同时亮，然后LA逐渐变暗到熄灭，LB变得更亮

C.S断开瞬间，LA闪亮一下才熄灭，LB立即熄灭

D.S断开瞬间，LA、LB立即熄灭

--10.如图1所示，L为一纯电感线圈（即电阻为零）.A是一个灯泡，下列说法中正确的是（B）

图1

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，灯泡中有从b到a的电流

图像问题（都比较难，还是算了吧）

11.（自感现象的图象问题）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t＝0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，则下列图象中能定性描述电流I随时间t变化关系的是（　C　）

12.（多选）如图11所示，用电流传感器研究自感现象.电源内阻不可忽略，线圈的自感系数较大，其直流电阻小于电阻R的阻值.t＝0时刻闭合开关S，电路稳定后，t1时刻断开S，电流传感器连接计算机分别描绘了整个过程线圈中的电流IL和电阻中的电流IR随时间t变化的图象.下列图象中可能正确的是（　AD　）

图11

13.（多选）（2018·

玉溪市峨山一中高三月考）图12（a）是用电流传感器（相当于电流表，其电阻可以忽略不计）研究自感现象的实验电路，图中两个电阻的阻值均为R，L是一个自感系数足够大的自感线圈，其直流电阻值也为R.图（b）是某同学画出的在t0时刻开关S切换前后，通过传感器的电流随时间变化的图象.关于这些图象，下列说法中正确的是（　BC　）

图12

A.图（b）中甲是开关S由断开变为闭合，通过传感器1的电流随时间变化的情况

B.图（b）中乙是开关S由断开变为闭合，通过传感器1的电流随时间变化的情况

C.图（b）中丙是开关S由闭合变为断开，通过传感器2的电流随时间变化的情况

D.图（b）中丁是开关S由闭合变为断开，通过传感器2的电流随时间变化的情况

14.如图13所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，自感线圈L的直流电阻不计，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时刻断开开关S，下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化关系的图象中，正确的是（　B　）

图13

15.在如图8所示的电路中，两个相同的小灯泡L1和L2分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器R.闭合开关S后，调节R，使L1和L2发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均为I.然后，断开S.若t′时刻再闭合S，则在t′前后的一小段时间内，能正确反映流过L1的电流i1、流过L2的电流i2随时间t变化的图像是（B）

图8

期末期中试题

16．多选（2015海淀期末）如图7所示，Al和A2是两个规格完全相同的灯泡，Al与自感线圈L串联后接到电路中，A2与可变电阻串联后接到电路中。

先闭合开关S，缓慢调节电阻R，使两个灯泡的亮度相同，再调节电阻R1，使两个灯泡都正常发光，然后断开开关S。

对于这个电路，下列说法中正确的是（AD）

A．再闭合开关S时，A2先亮，Al后亮

B．再闭合开关S时，Al和A2同时亮

C．再闭合开关S，待电路稳定后，重新断开开关S，A2立刻熄灭,，A1过一会儿熄灭

D．再闭合开关S，待电路稳定后，重新断开开关S，Al和A2都要过一会儿才熄灭

17．多选（2014海淀期末）如图3所示电路中，灯泡A、B的规格相同，电感线圈L的自感系数足够大且电阻可忽略。

下列关于此电路的说法中正确的是（AD）

A．S闭合后的瞬间，A、B同时亮，然后A变暗最后熄灭

B．S闭合后的瞬间，B先亮，A逐渐变亮，最后A、B一样亮

C．S断开后的瞬间，A立即熄灭，B逐渐变暗最后熄灭

D．S断开后的瞬间，B立即熄灭，A闪亮一下后熄灭

18．（2017海淀期末）如图8所示电路为演示自感现象的电路图，其中R0为定值电阻，电源电动势为E、内阻为r，小灯泡的灯丝电阻为R（可视为不变），电感线圈的自感系数为L、电阻为RL。

电路接通并达到稳定状态后，断开开关S，可以看到灯泡先是“闪亮”（比开关断开前更亮）一下，然后才逐渐熄灭，但实验发现“闪亮”现象并不明显。

为了观察到断开开关S时灯泡比开关断开前有更明显的“闪亮”现象，下列措施中一定可行的是（D）

A．撤去电感线圈中的铁芯，使L减小

B．更换电感线圈中的铁芯，使L增大

C．更换电感线圈，保持L不变，使RL增大

D．更换电感线圈，保持L不变，使RL减小

19．（2016海淀期末）图6是用电流传感器（电流传感器相当于电流表，其电阻可以忽略不计）研究自感现象的实验电路，电源的电动势为E，内阻为r，自感线圈L的自感系数足够大，其直流电阻值小于灯泡D的阻值，在t=0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t=t1时刻断开开关S。

在图7所示的图象中，可能正确表示电流传感器记录的电流随时间变化情况的是（C）

不常见的特殊题

20.在制作精密电阻时，为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象，采取了双线绕法，如图4所示，其道理是（C）

A．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的自感电动势相互抵消

B．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的感应电流互相抵消

C．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的磁通量互相抵消

D．当电路中的电流变化时，电流的变化量相互抵消

11.如图11所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，自感线圈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时刻断开开关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......

10.（多选）如图10所示的电路中，灯泡LA、LB电阻相同，自感线圈L的电阻跟灯泡相差不大.先接通S，使电路达到稳定状态，再断开S.对于电流随时间变化的图像，正确的是......

6.如图5所示，一条形磁铁从静止开始向下穿过一个用双线绕成的闭合线圈，条形磁铁在穿过线圈的过程中.

A．做自由落体运动

B．做减速运动

C．做匀速运动

D．做非匀变速运动

-5.如图5所示是用于观察自感现象的电路图，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......

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

-3.在如图3所示的电路中，L为电阻很小的线圈，G1和G2为零刻度在表盘中央的两相同的电流表.当开关S闭合时，电流表G1、G2的指针都偏向右方，那么当断开开关S时，将出现的现象是....

A.G1和G2指针都立即回到零点

B.G1指针立即回到零点，而G2指针缓慢地回到零点

C.G1指针缓慢地回到零点，而G2指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点

D.G2指针缓慢地回到零点，而G1指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点

2.如图2所示的电路中，A1和A2是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，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（　　）

A.接通时A1先达最亮，断开时A1后灭

B.接通时A2先达最亮，断开时A1后灭

C.接通时A1先达最亮，断开时A1先灭

D.接通时A2先达最亮，断开时A2先灭

答案　A

解析　当开关S接通时，A1和A2同时亮，但由于自感现象的存在，流过线圈的电流由零变大时，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慢慢增加，所以开始时电流几乎全部从A1通过，而该电流又将同时分路通过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.

考点二　自感现象的分析

4.如图3所示，L为一纯自感线圈（即电阻为零）.LA是一个灯泡，下列说法中正确的是（　　）

答案　B

解析　开关S闭合瞬间，灯泡中的电流从a到b，线圈由于自感作用，通过它的电流将逐渐增加.开关S闭合后，电路稳定时，纯自感线圈对电流无阻碍作用，将灯泡短路，灯泡中无电流通过.开关S断开瞬间，由于线圈的自感作用，线圈中原有的向右的电流将逐渐减小，线圈和灯泡形成回路，故灯泡中有从b到a的电流，故B正确.

7.（2018·

如东中学高二阶段性测试）如图6所示，电源电动势为E，其内阻不可忽略，L1、L2是完全相同的灯泡，线圈L的直流电阻不计，电容器的电容为C，合上开关S，电路稳定后（　　）

A.电容器的带电荷量为CE

B.灯泡L1、L2的亮度相同

C.在断开S的瞬间，通过灯泡L1的电流方向向右

D.在断开S的瞬间，灯泡L2立即熄灭

答案　C

解析　合上开关S，电路稳定后，L1被短路，L1灯不亮，L2灯发光，B错；

由于电源有内阻，电容器两端电压U<

E，则电容器所带电荷量Q<

CE，A错；

断开S瞬间，通过L1的电流方向向右，C正确；

断开S瞬间，电容器放电，L2慢慢熄灭，D错

8.（2018·

哈尔滨市六校高二下学期期末）如图7所示，A、B是两个完全相同的灯泡，D是理想二极管，L是带铁芯的线圈，其直流电阻忽略不计.下列说法正确的是（　　）

A.S闭合瞬间，B先亮A后亮

B.S闭合瞬间，A先亮B后亮

C.电路稳定后，在S断开瞬间，B闪亮一下，然后逐渐熄灭

D.电路稳定后，在S断开瞬间，B立即熄灭

答案　D

解析　闭合开关S瞬间，线圈相当于断路，二极管正向导通，故电流可通过灯泡A、B，即A、B灯泡同时亮，故A、B错误.因线圈的直流电阻为零，则当电路稳定后，灯泡A被短路而熄灭，当开关S断开瞬间B立即熄灭，线圈中的电流也不能反向通过二极管，则灯泡A仍是熄灭的，故C错误，D正确.

9.（2018·

三明市高二下学期期末）在如图8所示的电路中，a、b、c为三盏完全相同的灯泡，L是自感线圈，直流电阻为RL，则下列说法正确的是（　　）

A.合上开关后，c先亮，a、b后亮

B.断开开关时，N点电势高于M点

C.断开开关后，b、c同时熄灭，a缓慢熄灭

D.断开开关后，c马上熄灭，b闪一下后缓慢熄灭

解析　开关闭合瞬间，因线圈L的电流增大，产生自感电动势，通过a的电流逐渐增大，所以b、c先亮，a后亮，故A错误；

断开开关的瞬间，因线圈L的电流减小，产生自感电动势，根据楞次定律可知通过自感线圈的电流方向与原电流方向相同，N点电势高于M点；

L和a、b组成的回路中有电流，由于原来a的电流小于b的电流，开关断开的瞬间，通过a、b和线圈回路的电流从a原来的电流减小，所以b不会闪一下，而是与a一起缓慢熄灭，而c没有电流，马上熄灭，故B正确，C、D错误.

四、自感的典型应用——日光灯

1.日光灯的电路如图7所示.

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.

　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（　　）

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

C.S2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

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.

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（　　）

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

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，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.

考点三　日光灯的工作原理

12.（多选）如图12甲所示为日光灯电路，图乙为启动器结构图.在日光灯正常工作的过程中（　　）

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，镇流器起降压限流作用使灯管在较低的电压下工作

答案　AD

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，镇流器起降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.

13.如图所示，S为启动器，L为镇流器，其中日光灯的接线图正确的是（　　）