2017_2018学年高中物理第一章电磁感应第6节自感现象及其应用学案粤教版选修3_2

第六节 自感现象及其应用 学 习 目 标 知 识 脉 络 1.理解自感现象，把握自感现象的特点，能正确分析两类自感现象．(重点) 2．知道日光灯的结构和工作原理．(重点) 3．断电自感灯泡闪亮原因的分析判断．(难点)

自 感 现 象 与 自 感 系 数 [先填空] 1．自感现象：当线圈中的电流发生变化时，线圈本身产生感应电动势，阻碍原来电流变化的现象． 2．通电自感和断电自感

电路 现象 自感电动 势的作用

通电 自感 接通电源的瞬间，灯泡A1较慢的亮起来 阻碍电流的增加

断电 自感 断开开关的瞬间，灯泡A逐渐变暗 阻碍电流的减小

3.自感电动势 在自感现象中产生的感应电动势． 4．自感系数 (1)定义：描述通电线圈自身特性的物理量，又称自感或电感． (2)物理意义：表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量． (3)大小的决定因素：与线圈的大小、形状、圈数以及有无铁芯等因素有关． (4)单位：国际单位是亨利，简称亨，符号是H，常用的还有毫亨(mH)和微亨(μH)，1 H＝103 mH＝106 μH. [再判断] 1．自感现象是由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象．(√) 2．线圈中自感电动势的方向总与引起自感的原电流的方向相反．(×) 3．线圈中自感电动势的大小与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关．(√) [后思考] 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．

[合作探讨] 如图1­6­1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1­6­1 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：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】 不一样，A1中电流方向不变，A2中电流方向相反． [核心点击] 灯泡亮度的变化分析 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1­6­2所示，灯LA、LB完全相同，带铁芯的线圈L的电阻可忽略．则( )

图1­6­2 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

立即熄灭．

【答案】 AD 2．(多选)如图1­6­3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( ) 【导学号：97192035】

甲 乙 图1­6­3 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． 【答案】 AD

自感电动势的作用 (1)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”． (2)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．

日 光 灯 [先填空] 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，所需的电压却很低． 3．镇流器的作用 日光灯启动时，提供高压；日光灯启动后，降压限流． 4．启动器 启动器的作用：通断电路． [再判断] 1．日光灯使用的是稳恒电流．(×) 2．日光灯正常发光后，启动器就不起什么作用了．(√) 3．镇流器只起升压作用．(×) [后思考] 日光灯灯管两端的电极是相通的吗？ 【提示】 不是．灯管两端有电极，中间有水银蒸气．

[合作探讨] 在如图1­6­4所示的日光灯原理图中：

图1­6­4 探讨1：开关刚合上时，220 V电压加在什么元件上？ 【提示】 启动器 探讨2：镇流器在日光灯点燃瞬间的作用是什么？ 【提示】 提供瞬时高压 [核心点击] 日光灯工作的三个阶段 1．开关闭合后，启动器动触片与静触片接触，使灯丝和镇流器线圈中有电流流过，使灯丝预热． 2．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．在电路突然断开的瞬间，由于通过镇流器的电流急剧减小，会产生很大的自感电动势，方向与原来的电压方向相同，自感电动势与电源电压一起加在灯管两端，形成一个瞬时高电压，使灯管中的气体击穿，于是日光灯开始发光． 3．日光灯正常发光后，由于交变电流通过镇流器线圈，线圈中会产生自感电动势，它总是阻碍电流变化，镇流器起降压限流的作用，保证日光灯正常发光．

3．如选项图所示，S为启动器，L为镇流器，其中日光灯的接线图正确的是( ) 【解析】 根据日光灯的工作原理，要想使日光灯发光，灯丝需要预热发出电子，灯管两端应有瞬时高压，这两个条件缺一不可．当动、静触片分离后，选项B中灯管和电源断开，选项B错误；选项C中镇流器与灯管断开，无法将瞬时高压加在灯管两端，选项C错误；选项D中灯丝左、右两端分别被短接，无法预热放出电子，不能使灯管气体导电，选项D错误．只有A项满足发光条件． 【答案】 A 4．(多选)下列关于日光灯的说法正确的是( ) 【导学号：97192036】 A．启动器触片接通时，镇流器产生瞬时高压 B．工作时，镇流器降压、限流，保证日光灯管正常发光 C．工作时，镇流器使日光灯管的电压稳定在220 V D．正常工作和不工作时，双金属片的状态相同 【解析】 启动器接通后再断开时，镇流器产生瞬时高压，而不是接通时产生高压，故A错；日光灯正常工作时，因交流电通过镇流器产生自感电动势，起降压、限流作用，故B正确；保证日光灯管正常工作，此时有电流通过日光灯管，灯管两端电压小于220 V，故C错；启动器在启动时，相当于自动开关的作用，启动后双金属片恢复原状，故D正确． 【答案】 BD 5．(多选)启动器由电容器和氖管两大部分组成，其中氖管中充有氖气，内部有静触片和U形动触片．通常动、静触片不接触，有一个小缝隙，则下列说法中正确的是( ) A．当电源的电压加在启动器两极时，氖气放电并产生热量，导致U形动触片受热膨胀 B．当电源的电压加在启动器两极后，启动器的两个触片才接触，使电路有电流通过 C．电源的电压加在启动器两极前，启动器的两个触片就接触着，电路就已经有电流通过 D．当电路接通后，两个触片冷却，两个触片重新分离 【解析】 依据日光灯的工作原理可知，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，启动器的氖气停止放电，U形动触片冷却收缩，两个触片分开，电路自动断开． 【答案】 ABD

镇流器作用的两点说明 (1)日光灯管在启动时需要500～700 V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． (2)当灯管正常发光后，它的电阻变得很小，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．