16 自感现象与其应用.docx

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16自感现象与其应用

1.6自感现象及其应用

适用学科

高中物理

适用年级

高中二年级

适用区域

粤教版

课时时长（分钟）

60

知识点

自感现象；自感电动势；自感系数；日光灯.

教学目标

1．知道什么是自感现象及自感电动势，会分析和解释自感现象．

2．知道自感电动势的大小和自感系数有关，并知道影响自感系数的因素．

3．知道日光灯的组成，能用自感的知识分析日光灯的启动及工作原理．

教学重点

影响自感系数的因素．

教学难点

用自感的知识分析日光灯的启动及工作原理．

教学过程

一、复习预习

1．在电磁感应现象中，产生感应电流的条件是什么？

2．引起回路磁通量变化的原因有哪些？

3．自感：

由于线圈本身的_____________________而产生的电磁感应现象．

答案：

1．只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，回路中就有感应电流产生.

2．磁场的变化；回路面积的变化；电流的变化引起磁场的变化等．

3．电流发生变化

二、知识讲解

课程引入：

首先请思考以下两个问题：

（1）在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，当一个线圈中的电流变化时，在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？

（2）当电路自身的电流发生变化时，会不会产生感应电动势呢？

本节课我们学习这方面的知识。

考点/易错点1

自感现象

1、自感：

由于线圈本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象．

2、自感电动势：

由于自感现象而产生的电动势．

3、自感电动势对电流的作用：

电流增加时，感应电动势阻碍电流的增加；电流减小时，感应电动势阻碍电流的减小．

4、实验与探究

电　路

现　象

自感应电动势的作用

通电自感

接通电源的瞬间，灯泡L1逐渐变亮.

阻碍电流的增加

断电自感

断开开关的瞬间，灯泡L′逐渐变暗.

阻碍电流的减小

考点/易错点2

自感系数

1、物理意义：

描述线圈本身特性的物理量，简称自感或电感．

2、影响因素：

线圈的形状、长短、匝数、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mH和μH.

考点/易错点3

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，荧光粉受其照射时发出可见光．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．

3、镇流器的作用

日光灯启动时：

提供瞬时高压；

日光灯启动后：

降压限流．

4、启动器

（1）启动器的作用：

自动开关．

（2）启动器内电容器的作用：

减小动、静触片断开时产生的火花，避免烧坏触点．

考点/易错点4

自感现象的理解

1、对自感电动势的进一步理解

（1）自感电动势产生的原因

通过线圈的电流发生变化，导致穿过线圈的磁通量发生变化，因而在原线圈中产生感应电动势．

（2）自感电动势的作用

阻碍原电流的变化，而不是阻止，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）自感电动势的方向

当原电流增大时，自感电动势方向与原电流方向相反，电流减小时，自感电动势方向与原电流方向相同．

2、自感现象的分析思路

（1）明确通过自感线圈的电流怎样变化（是增大还是减小）．

（2）判断自感电动势方向．电流增强时（如通电），自感电动势方向与原电流方向相反；电流减小时（如断电），自感电动势方向与原电流方向相同．

（3）分析电流变化情况，电流增强时（如通电），自感电动势方向与原电流方向相反，阻碍增加，电流逐渐增大．电流减小时（如断电），由于自感电动势方向与原电流方向相同，阻碍减小，线圈中电流方向不变，电流逐渐减小．

特别提醒　自感电动势阻碍原电流的变化，而不是阻止，电流仍在变化，只是使原电流的变化时间变长．

考点/易错点5

自感现象中灯泡亮度变化

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、I2①若I2≤I1，逐渐变暗②若I2>I1，灯泡先亮一下再变暗，两种情况电流的方向都变化

特别提醒　线圈对变化电流的阻碍作用与对稳定电流的阻碍作用是不同的．对变化电流的阻碍作用是由自感现象引起的，它决定了要达到稳定值所需的时间；对稳定电流的阻碍作用是由绕制线圈的导线的电阻引起的，决定了电流所能达到的稳定值．

考点/易错点6

日光灯的工作原理

1、构造

日光灯的电路如图所示，由日光灯管、镇流器、开关等组成．

2、日光灯的启动

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，从而接通电路，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，两个触片分开，电路自动断开，通过镇流器的电流迅速减小，会产生很高的自感电动势，方向与原来电压方向相同，形成瞬间高压加在灯管两端，使灯管中的气体开始导电，于是日光灯管就成了通路开始导电发光．

3、日光灯正常工作时镇流器的作用

由于日光灯使用的是交流电源，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阻碍原电流增大，自感电动势与原电压反向，当交流电减小时，镇流器上的自感电动势阻碍原电流的减小，自感电动势与原电压同向，可见镇流器的自感电动势总是阻碍电流的变化，镇流器起降压、限流的作用．

三、例题精析

【例题1】

【题干】关于自感现象，正确的说法是（　　）

A．感应电流一定和原来的电流方向相反

B．对于同一线圈，当电流变化越大时，线圈产生的自感电动势也越大

C．对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈的自感系数也越大

D．对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈中的自感电动势也越大

【答案】D

【解析】当电流增加时，自感电动势的方向与原来的电流反向，当电流减小时与原来的电流同向，故选项A错误；自感电动势的大小，与电流变化快慢有关，与电流变化大小无关，故选项B错误；自感系数只取决于线圈的本身因素，与电流变化情况无关．故选项C错误；结合选项B的错误原因可知，选项D正确．

点评　自感的实质仍然是电磁感应现象，电流的强弱决定其周围磁场的强弱，当电流变化时引起电流周围的磁场发生变化，就会在线圈中产生感应电动势．

【例题2】

【题干】如图所示电路中，A、B是完全相同的灯泡，L是电阻不计的电感线圈，下列说法中正确的是（　　）

A．当开关S闭合时，A灯先亮，B灯后亮

B．当开关S闭合时，B灯先亮，A灯后亮

C．当开关S闭合时，A、B灯同时亮，以后B灯更亮，A灯熄灭

D．当开关S闭合时，A、B灯同时亮，以后亮度不变

【答案】C

【解析】当开关S闭合时，电路中电流增加，由于线圈的自感作用，其中产生一自感电动势阻碍电流的增加，此时A、B二灯相当于串联，同时亮；之后线圈相当于一段导线，将A灯短路，A灯熄灭，因B灯所加电压增加而变得更亮．

点评　开关闭合时，线圈自感电动势与电源电动势方向相反，若自感系数足够大，瞬间可以认为断路，随即变缓直至消失．

【例题3】

【题干】（双选）在如图所示的电路中，带铁芯的、电阻较小的线圈L与灯A并联，当合上开关S后灯A正常发光．则下列说法中正确的是（　　）

A．当断开S时，灯A立即熄灭

B．当断开S时，灯A突然闪亮后熄灭

C．用阻值与灯A相同的线圈取代L接入电路，当断开S时，灯A逐渐熄灭

D．用阻值与线圈L相同的电阻取代L接入电路，当断开S时，灯A突然闪亮后熄灭

【答案】BC

【解析】在S断开的瞬间，L与A构成闭合回路，灯A不会立即熄灭．问题是“小灯泡在熄灭之前是否更亮一下”这一点如何确定．根据P＝I2R可知，灯A能否闪亮，取决于S断开的瞬间，流过A的电流是否更大一些．在断开S的瞬间，灯A中原来的电流IA立即消失．但灯A和线圈L组成一闭合回路，由于线圈L的自感作用，其中的电流IL不会立即消失，它还要通过回路维持短暂的时间．如果IL>IA，则灯A熄灭之前要闪亮一下；如果IL≤IA，则灯A是逐渐熄灭而不闪亮一下．至于IL和IA的大小关系，由RA和RL的大小关系决定：

若RA>RL，则IA

点评　开关断开时，原电源不提供电流，若线圈形成回路，则自感电动势会通过回路形成电流，因此断电时线圈起到瞬间电源的作用．

【例题4】

【题干】（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．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

B．日光灯点燃后，镇流器、启动器都不能起作用

C．日光灯点燃后，启动器不再起作用，可以将启动器去掉

D．日光灯点燃后，使镇流器短路，日光灯仍能正常发光，并能降低电能的消耗

【答案】AC

【解析】镇流器在日光灯点燃时产生一个瞬时高压，点燃后起到降压限流作用，故A对；点燃后，镇流器仍有用，降压限流，而启动器就不起作用了，可以将启动器去掉，故B不对，C对；日光灯灯管电阻很小，电流不能太大，灯管发光后，由于通入了交流电，使线圈产生了自感作用，阻碍了电流的变化，镇流器起降压限流的作用，若使镇流器短路日光灯就不能正常工作了，故D不对．

点评　日光灯管在点燃和正常发光时的工作状态：

日光灯管在点燃时需要500V～700V的瞬时高压，这个高压是由镇流器产生的自感电动势与电源电压叠加后产生的．当灯管点燃后，它的电阻变得很小，只允许通过较小的电流，需要加在它两端的电压变小，镇流器这时又起到给灯管降压限流的作用．

【例题5】

【题干】（双选）在图甲、乙电路中，电阻R和电感线圈L的电阻都很小．接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则（　　）

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

【答案】AD

【解析】甲图中，灯泡A与电感线圈L在同一个支路中，流过的电流相同，断开开关S时，线圈L中的自感电动势要维持原电流不变，所以，开关断开的瞬间，灯泡A的电流不变，以后电流渐渐变小．因此，灯泡渐渐变暗．乙图中，灯泡A所在支路的电流比电感线圈所在支路的电流要小（因为电感线圈的电阻很小），断开开关S时电感线圈的自感电动势要阻碍电流的变小，电感线圈相当于一个电源给灯A供电，因此在这一短暂的时间内，反向流过A的电流是从IL开始逐渐变小的，所以灯泡要先亮一下，然后渐渐变暗，故选项A、D正确．

方法总结　在开关断开时，电感线圈的自感电动势要阻碍原电流的减小，此时电感线圈在电路中相当于一个电源，表现为两个方面：

一是自感电动势所对应的电流方向与原电流方向一致；二是在断电瞬间，自感电动势所对应的电流大小与原电流的大小相等，以后电流开始缓慢减小到零，断开开关后，灯泡是否瞬间变得更亮，取决于当初两支路中电流大小的关系．

【例题6】

【题干】如图所示的电路中，S闭合且稳定后流过电感线圈的电流2A，流过灯泡的电流是1A，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变化关系的图象是（　　）

【答案】D

【解析】开关S断开前，通过灯泡D的电流是稳定的，其值为1A．开关S断开瞬间，灯泡支路的电流立即减为零，但是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2A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2A逐渐减小为零，但是方向与原来通过灯泡D的电流方向相反，D对．

方法总结　解图象问题时，先要搞清楚研究什么元件上的电流随时间的变化关系；其次要根据线圈的自感电动势引起的感应电流的方向与原来电流的方向是相同还是相反、大小如何变化等因素来确定图象．

四、课程小结

1、自感现象

●自感：

由于线圈本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象．

●自感电动势：

由于自感现象而产生的电动势．

●自感电动势对电流的作用：

电流增加时，感应电动势阻碍电流的增加；电流减小时，感应电动势阻碍电流的减小．

2、自感系数

●物理意义：

描述线圈本身特性的物理量，简称自感或电感．

●影响因素：

线圈的形状、长短、匝数、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铁芯时大得多．

●单位：

亨利，简称亨，符号是H.常用的较小单位有mH和μH.1H=103mH1H=106μH

3、日光灯

●日光灯主要由灯管、镇流器、启动器、导线和开关组成．

●灯管中气体在导电时主要发出紫外线，荧光粉受到紫外线的照射发出可见光．

●启动器的作用为自动开关．

●镇流器在启动器动静触片断开后，提供瞬时高压点燃灯管，之后起到降压限流的作用．