2022年高中物理選修（3-2）第一章《自感現(xiàn)象及其應(yīng)用》word學案

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1、2022年高中物理選修（3-2）第一章《自感現(xiàn)象及其應(yīng)用》word學案 [學習目標定位] 1.觀察實驗，了解自感現(xiàn)象，并能夠通過電磁感應(yīng)規(guī)律分析通電自感與斷電自感.2.了解影響自感電動勢大小的因素和自感系數(shù)的決定因素.3.了解日光燈的發(fā)光原理． 1．電磁感應(yīng)現(xiàn)象：穿過回路的磁通量發(fā)生變化時，回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象．電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流． 2．通電導線周圍存在磁場，當導線中電流增大時，導線周圍各處的磁場都增強，當導線中電流減小時，導線周圍各處的磁場都減弱． 3．楞次定律：感應(yīng)電流的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化． 一、自感現(xiàn)象 1．自感現(xiàn)象：由于

2、線圈本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象． 2．自感電動勢：自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢． 3．自感系數(shù)：簡稱自感或電感，跟線圈的形狀、長短、匝數(shù)等因素有關(guān)，此外，有鐵芯的線圈的自感系數(shù)比沒有鐵芯的大得多，單位是亨利，符號H. 1 mH＝10－3 H,1μH＝10－3 mH. 二、日光燈 1．主要組成：燈管、鎮(zhèn)流器、啟動器． 2．燈管：管中氣體在導電時主要發(fā)出紫外線，管壁上的熒光粉受其照射時發(fā)出可見光． 3．鎮(zhèn)流器：一個帶鐵芯的線圈．當啟動日光燈時，鎮(zhèn)流器產(chǎn)生瞬時的高電壓；當日光燈正常發(fā)光時，鎮(zhèn)流器對燈管起降壓限流作用． 一、自感現(xiàn)象 [問題設(shè)計] 1．通電自感：如圖1

3、所示，開關(guān)S閉合的時候兩個燈泡的發(fā)光情況有什么不同？ 圖1 答案　燈泡A2立即正常發(fā)光，燈泡A1逐漸亮起來． 2．斷電自感：如圖2所示，先閉合開關(guān)使燈泡發(fā)光，然后斷開開關(guān)． 圖2 (1)開關(guān)斷開前后，流過燈泡的電流方向有何關(guān)系？ (2)在開關(guān)斷開過程中，有時燈泡閃亮一下再熄滅，有時燈泡只會緩慢變暗直至熄滅，請分析上述兩種現(xiàn)象的原因是什么？ 答案　(1)S閉合時，燈泡A中電流向左，S斷開瞬間，燈泡A中電流方向向右，所以開關(guān)S斷開前后，流過燈泡的電流方向相反． (2)在開關(guān)斷開后燈泡又閃亮一下的原因是燈泡斷電后自感線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流比原線圈中的電流大．要想使燈泡閃亮一下再

4、熄滅，就必須使自感線圈的電阻小于與之并聯(lián)的燈泡．而當線圈電阻大于燈泡電阻時，燈泡只會延遲一段時間再熄滅． [要點提煉] 自感現(xiàn)象是指當通過線圈的電流發(fā)生變化時，在線圈中引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象． 1．當線圈中的電流增大時，自感電動勢的方向與原電流方向相反； 2．當線圈中的電流減小時，自感電動勢的方向與原電流方向相同； 3．自感電動勢總是阻礙線圈中電流的變化，但不能阻止線圈中電流的變化，只是延緩了過程的進行． 4．斷電自感中，若斷開開關(guān)瞬間，通過燈泡的電流瞬間比斷開開關(guān)前大，燈泡會閃亮一下；若斷開開關(guān)后，通過燈泡的電流比斷開開關(guān)前小，燈泡不會閃亮一下，而是逐漸變暗．(填“會閃亮”或“不會閃

5、亮”) 二、日光燈 [問題設(shè)計] 1．自感現(xiàn)象可分為斷電自感和通電自感，在使日光燈管啟動的過程中，應(yīng)用了哪種自感現(xiàn)象？ 答案　斷電自感 2．仔細閱讀教材，你認為啟動器在日光燈電路中的作用是什么？ 答案　啟動器在日光燈電路中相當于一個自動開關(guān)． 3．鎮(zhèn)流器在日光燈的啟動及正常工作時各起什么作用？ 答案　當啟動日光燈時，由于啟動器的兩個觸片的分離，鎮(zhèn)流器中的電流急劇減小，會產(chǎn)生很高的自感電動勢，這個自感電動勢與電源電壓加在一起，形成一個瞬時高電壓，加在燈管兩端，使燈管中的氣體放電，日光燈被點亮．日光燈管發(fā)光后，電阻小，要求電流小，且日光燈管是用交流電源(大小與方向都隨時間變化的電流

6、)供電，此時鎮(zhèn)流器產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的變化，從而在燈管正常發(fā)光時起到降壓限流的作用，保證日光燈管的正常工作． [要點提煉] 1．啟動器在日光燈電路中的作用為自動開關(guān)． 2．鎮(zhèn)流器的作用：當啟動日光燈時，鎮(zhèn)流器利用自感現(xiàn)象產(chǎn)生瞬時的高電壓；當日光燈正常發(fā)光時，鎮(zhèn)流器又利用自感現(xiàn)象，對燈管起到降壓限流作用． 一、自感現(xiàn)象的分析 例1　(單選)如圖3所示，電感線圈L的自感系數(shù)足夠大，其直流電阻忽略不計，LA、LB是兩個相同的燈泡，且在下列實驗中不會燒毀，電阻R2阻值約等于R1的兩倍，則 (　　) 圖3 A．閉合開關(guān)S時，LA、LB同時達到最亮，且LB更亮一些 B．閉合開

7、關(guān)S時，LA、LB均慢慢亮起來，且LA更亮一些 C．斷開開關(guān)S時，LA慢慢熄滅，LB馬上熄滅 D．斷開開關(guān)S時，LA慢慢熄滅，LB閃亮后才慢慢熄滅 解析　由于燈泡LA與線圈L串聯(lián)，燈泡LB與電阻R2串聯(lián)，當S閉合的瞬間，通過線圈的電流突然增大，線圈產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的增加，所以LB先亮；由于LA所在的支路電阻阻值偏小，故穩(wěn)定時電流大，即LA更亮一些，A、B錯誤；當S斷開的瞬間，線圈產(chǎn)生自感電動勢，兩燈組成的串聯(lián)電路中，電流從線圈中電流開始減小，即從IA減小，故LA慢慢熄滅，LB閃亮后才慢慢熄滅，C錯誤、D正確． 答案　D 思路點撥　(1)分析自感電流的大小時，應(yīng)注意“L的自感系

8、數(shù)足夠大，其直流電阻忽略不計”這一關(guān)鍵語句； (2)電路接通瞬間，自感線圈相當于斷路； (3)電路斷開瞬間，回路中電流從L中原來的電流開始減?。? 二、自感現(xiàn)象的圖象問題 例2　(單選)如圖4所示的電路中，S閉合且穩(wěn)定后流過電感線圈的電流是2 A，流過燈泡的電流是1 A，現(xiàn)將S突然斷開，S斷開前后，能正確反映流過燈泡的電流i隨時間t變化關(guān)系的圖象是(　　) 圖4 解析　開關(guān)S斷開前，通過燈泡D的電流是穩(wěn)定的，其值為1 A．開關(guān)S斷開瞬間，自感線圈的支路由于自感現(xiàn)象會產(chǎn)生與線圈中原電流方向相同的感應(yīng)電動勢，使線圈中的電流從原來的2 A逐漸減小，方向不變，且同燈泡D構(gòu)成回路，

9、通過燈泡D的電流和線圈L中的電流相同，也應(yīng)該是從2 A逐漸減小到零，但是方向與原來通過燈泡D的電流方向相反，D對． 答案　D 三、對日光燈的工作原理的理解 例3　(單選)如圖5所示是日光燈的結(jié)構(gòu)示意圖，若按圖示的電路連接，關(guān)于日光燈發(fā)光的情況，下列敘述中正確的是(　　) 圖5 A．S1接通，S2、S3斷開，日光燈就能正常發(fā)光 B．S1、S2接通，S3斷開，日光燈就能正常發(fā)光 C．S3斷開，接通S1、S2后，再斷開S2，日光燈就能正常發(fā)光 D．當日光燈正常發(fā)光后，再接通S3，日光燈仍能正常發(fā)光 解析　當S1接通，S2、S3斷開時，電源電壓220 V直接加在燈管兩端，達不到燈

10、管啟動的高壓值，日光燈不能發(fā)光，選項A錯誤． 當S1、S2接通，S3斷開時，燈絲兩端被短路，電壓為零，不能使氣體電離導電，日光燈不能發(fā)光，選項B錯誤． 當日光燈正常發(fā)光后，再接通S3，則鎮(zhèn)流器被短路，燈管兩端電壓過高，會損壞燈管，選項D錯誤 只有當S1、S2接通，燈絲被預熱，發(fā)出電子，再斷開S2，鎮(zhèn)流器中產(chǎn)生很大的自感電動勢，和原電壓一起加在燈管兩端，使氣體電離，日光燈正常發(fā)光，選項C正確． 答案　C 1．(對自感現(xiàn)象的理解)(單選)關(guān)于自感現(xiàn)象，下列說法正確的是(　　) A．感應(yīng)電流一定和原來的電流方向相反 B．對于同一線圈，當電流變化越大時，線圈產(chǎn)生的自感電動勢也

11、越大 C．對于同一線圈，當電流變化越快時，線圈的自感系數(shù)也越大 D．對于同一線圈，當電流變化越快時，線圈中的自感電動勢也越大 答案　D 解析　當電流增大時，感應(yīng)電流的方向與原來的電流相反，當電流減小時，感應(yīng)電流的方向與原來的電流相同，故選項A錯誤；自感電動勢的大小與電流變化快慢有關(guān)，與電流變化大小無關(guān)，故選項B錯誤，D正確；自感系數(shù)只取決于線圈本身的因素，與電流變化情況無關(guān)．故選項C錯誤． 2．(自感現(xiàn)象的圖象問題)(單選)在如圖6所示的電路中，S是閉合的，此時流過線圈L的電流為i1，流過燈泡A的電流為i2，且i1＞i2，在t1時刻將S斷開，那么流過燈泡A的電流隨時間變化的圖象是圖中

12、的 (　　) 圖6 答案　D 解析　在0～t1時間內(nèi)流過燈泡的電流為i2，且方向為從左向右，當斷開S時，i2立即消失，但由于自感作用，i1并不立刻消失，而是產(chǎn)生自感電動勢，與燈泡構(gòu)成回路緩慢消失，此時流過燈泡的電流從i1開始逐漸減小，方向為從右向左，故D正確．故選D. 3．(對日光燈工作原理的理解)(單選)如圖所示，S為啟動器，L為鎮(zhèn)流器，其中日光燈的接線圖正確的是(　　) 解析　根據(jù)日光燈的工作原理，要想使日光燈發(fā)光，燈絲需要預熱發(fā)出電子，燈管兩端應(yīng)有瞬時高壓，這兩個條件缺一不可．當啟動器動、靜觸片分離后，選項B中燈管和電源斷開，選項B錯誤；選項C中鎮(zhèn)流器與燈管斷開

13、，無法將瞬時高壓加在燈管兩端，選項C錯誤；選項D中燈絲左、右端分別被短接，無法預熱放出電子，不能使燈管內(nèi)氣體導電，選項D錯誤． 答案　A 題組一　自感現(xiàn)象的分析 1．(單選)關(guān)于線圈的自感系數(shù)，下面說法正確的是(　　) A．線圈的自感系數(shù)越大，自感電動勢就一定越大 B．線圈中電流等于零時，自感系數(shù)也等于零 C．線圈中電流變化越快，自感系數(shù)越大 D．線圈的自感系數(shù)由線圈本身的因素及有無鐵芯決定 答案　D 解析　自感系數(shù)是由線圈的大小、形狀、圈數(shù)、有無鐵芯等因素決定的，故B、C錯，D對；自感電動勢不僅與自感系數(shù)有關(guān)，還與電流變化快慢有關(guān)，故A錯． 2．(單選)如圖1所示，L

14、為自感系數(shù)較大的線圈，電路穩(wěn)定后小燈泡A正常發(fā)光，當斷開開關(guān)S的瞬間會有(　　) 圖1 A．燈A立即熄滅 B．燈A慢慢熄滅 C．燈A突然閃亮一下再慢慢熄滅 D．燈A突然閃亮一下再突然熄滅 答案　A 解析　當開關(guān)S斷開時，由于通過自感線圈的電流從有變到零，線圈將產(chǎn)生自感電動勢，但由于線圈L與燈A串聯(lián)，在S斷開瞬間，不能形成閉合回路，因此燈A在開關(guān)斷開瞬間，立即熄滅． 3．(單選)某同學為了驗證斷電自感現(xiàn)象，自己找來帶鐵芯的線圈L、小燈泡A、開關(guān)S和電池組E，用導線將它們連接成如圖2所示的電路．檢查電路后，閉合開關(guān)S，小燈泡發(fā)光；再斷開開關(guān)S，小燈泡僅有不顯著的延時熄滅現(xiàn)象．雖

15、經(jīng)多次重復，仍未見老師演示時出現(xiàn)的小燈泡閃亮現(xiàn)象，他冥思苦想找不出原因．你認為最有可能造成小燈泡未閃亮的原因是(　　) 圖2 A．電源的內(nèi)阻較大 B．小燈泡電阻偏大 C．線圈電阻偏大 D．線圈的自感系數(shù)較大 答案　C 解析　從實物連接圖中可以看出，線圈L與小燈泡并聯(lián)，斷開開關(guān)S時，小燈泡A中原來的電流立即消失，線圈L與小燈泡組成閉合回路，由于自感，線圈中的電流逐漸變小，使小燈泡中的電流變?yōu)榉聪蚯遗c線圈中電流相同，小燈泡未閃亮說明斷開S前，流過線圈的電流與小燈泡的電流相同或較小，原因可能是線圈電阻偏大，故選項C正確． 4．(單選)如圖3所示，兩個電阻阻值均為R，電

16、感線圈L的電阻及電池內(nèi)阻均可忽略不計，S原來斷開，電路中電流I0＝，現(xiàn)將S閉合，于是電路中產(chǎn)生了自感電動勢，此自感電動勢的作用是 (　　) 圖3 A．使電路的電流減小，最后由I0減小到零 B．有阻礙電流增大的作用，最后電流小于I0 C．有阻礙電流增大的作用，因而電流總保持不變 D．有阻礙電流增大的作用，但電流最后還是變?yōu)?I0 答案　D 解析　S閉合，電路中電阻減小，電流增大，線圈產(chǎn)生的自感電動勢的作用是阻礙原電流的增大，A錯；阻礙電流增大，不是不讓電流增大，而是讓電流增大的速度變慢，B、C錯；最后達到穩(wěn)定時，電路中電流為I＝＝2I0，故D正確． 5．(雙選)如圖4所示的電

17、路中，線圈L的自感系數(shù)足夠大，其直流電阻忽略不計，A、B是兩個相同的燈泡，下列說法中正確的是(　　) 圖4 A．S閉合后，A、B同時發(fā)光且亮度不變 B．S閉合后，A立即發(fā)光，然后又逐漸熄滅 C．S斷開的瞬間，A、B同時熄滅 D．S斷開的瞬間，A再次發(fā)光，然后又逐漸熄滅 答案　BD 解析　線圈對變化的電流有阻礙作用，開關(guān)接通時，A、B串聯(lián)， 同時發(fā)光，但電流穩(wěn)定后線圈的直流電阻忽略不計，使A被短路，所以A錯誤，B正確；開關(guān)斷開時，線圈產(chǎn)生自感電動勢，與A構(gòu)成回路，A再次發(fā)光，然后又逐漸熄滅，所以C錯誤，D正確． 6．(雙選)如圖5所示甲、乙電路，電阻R和自感線圈L的電阻都很小

18、，且小于燈泡電阻．接通S，使電路達到穩(wěn)定，燈泡A發(fā)光，則 (　　) 圖5 A．在電路甲中，斷開S，A將逐漸變暗 B．在電路甲中，斷開S，A將先變得更亮，然后漸漸變暗 C．在電路乙中，斷開S，A將逐漸變暗 D．在電路乙中，斷開S，A將先變得更亮，然后漸漸變暗 答案　AD 解析　題圖甲中，A與電感線圈L在同一個支路中，流過的電流相同，斷開開關(guān)S時，線圈L中的自感電動勢要維持原電流不變，所以開關(guān)斷開的瞬間，A的電流不變，以后電流漸漸變?。虼耍珹漸漸變暗．題圖乙中，A所在支路的電流比電感線圈所在支路的電流要小(因為電感線圈的電阻相對很小)，斷開開關(guān)S時，電感線圈的自感電動勢要阻礙電

19、流的變小，此瞬間電感線圈中的電流不變，電感線圈相當于一個電源給A供電．因此，反向流過A的電流瞬間要變大，然后漸漸變小，所以A將先閃亮一下，然后漸漸變暗． 7．(單選)在制作精密電阻時，為了消除使用過程中由于電流變化而引起的自感現(xiàn)象，采取了雙線繞法，如圖6所示，其道理是(　　) 圖6 A．當電路中的電流變化時，兩股導線中產(chǎn)生的自感電動勢相互抵消 B．當電路中的電流變化時，兩股導線中產(chǎn)生的感應(yīng)電流互相抵消 C．當電路中的電流變化時，兩股導線中產(chǎn)生的磁通量互相抵消 D．當電路中的電流變化時，電流的變化量相互抵消 答案　C 解析　能否有感應(yīng)電動勢，關(guān)鍵在于穿過回路的磁通量是否變化．

20、由于導線是雙線繞法，使穿過回路的磁通量等于零，無論通過的電流變化與否，磁通量均為零不變，所以不存在感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流． 題組二　自感現(xiàn)象的圖象問題 8．(單選)在如圖7所示的電路中，兩個相同的小燈泡L1和L2分別串聯(lián)一個帶鐵芯的電感線圈L和一個滑動變阻器R.閉合開關(guān)S后，調(diào)節(jié)R，使L1和L2發(fā)光的亮度一樣，此時流過兩個燈泡的電流均為I.然后，斷開S.若t′時刻再閉合S，則在t′前后的一小段時間內(nèi)，能正確反映流過L1的電流i1、流過L2的電流i2隨時間t變化的圖象是(　　) 　 答案　B 解析　與滑動變阻器R串聯(lián)的L2，沒有自感，直接變亮，電流變化圖象如A中圖線，C、D錯誤．與帶鐵芯

21、的電感線圈串聯(lián)的L1，由于自感，電流逐漸變大，A錯誤，B正確． 9．(單選)如圖8所示的電路中，電源的電動勢為E，內(nèi)阻為r，電感L的電阻不計，電阻R的阻值大于燈泡D的阻值，在t＝0時刻閉合開關(guān)S，經(jīng)過一段時間后，在t＝t1時刻斷開S，下列表示A、B兩點間電壓UAB隨時間t變化的圖象中，正確的是(　　) 圖8 答案　B 解析　在t＝0時刻閉合開關(guān)S，由于電感線圈L產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流通過，電源輸出電流較小，路端電壓較高，經(jīng)過一段時間電路穩(wěn)定后，電源輸出電流較大，路端電壓較低．在t＝t1時刻斷開S，電感線圈L產(chǎn)生自感電動勢，與燈泡構(gòu)成閉合回路，燈泡D中有反向電流通過，所以表示A

22、、B兩點間電壓UAB隨時間t變化的圖象中正確的是B. 10.如圖9所示，電源的電動勢為E＝10 V，內(nèi)阻不計，L與R的電阻值均為5 Ω，兩燈泡的電阻值均為RS＝10 Ω. 圖9 (1)求斷開S的瞬間，燈泡L1兩端的電壓； (2)定性畫出斷開S前后一段時間內(nèi)通過L1的電流隨時間的變化規(guī)律． 答案　(1)10 V　(2)見解析圖 解析　(1)電路穩(wěn)定工作時，由于a、b兩點的電勢相等，導線ab上無電流通過．因此通過L的電流為IL＝＝ A＝1 A 流過L1的電流為IS＝＝ A＝0.5 A 斷開S的瞬間，由于線圈要想維持IL不變，而與L1組成閉合回路，因此通過L1的最大電流為1 A.

23、 所以此時L1兩端的電壓為U＝IL·RS＝10 V(正常工作時為5 V)． (2)斷開S前，流過L1的電流為0.5 A不變，而斷開S的瞬間，通過L1的電流突變?yōu)? A，且方向也與原電流方向相反，然后漸漸減小到零，所以它的圖象如圖所示(t0為斷開S的時刻)． 注：從t0開始，電流持續(xù)的時間實際上一般是很短的． 題組三　對日光燈工作原理的理解 11．(雙選)在日光燈電路中接有啟動器、鎮(zhèn)流器和日光燈管，下列說法中正確的是(　　) A．日光燈點燃后，鎮(zhèn)流器、啟動器都不起作用 B．鎮(zhèn)流器在點燃燈管時產(chǎn)生瞬時高壓，點燃后起降壓限流作用 C．日光燈點亮后，啟動器不再起作用，可以將啟動器去掉

24、 D．日光燈點亮后，使鎮(zhèn)流器短路，日光燈仍能正常發(fā)光，并能降低對電能的消耗 答案　BC 解析　日光燈工作時都要經(jīng)過預熱、啟動和正常工作三個不同的階段，它們的工作電流通路如圖所示． 在啟動階段鎮(zhèn)流器與啟動器配合產(chǎn)生瞬時高壓．工作時，電流由鎮(zhèn)流器經(jīng)燈管，不再流過啟動器，故日光燈啟動后啟動器不再工作，可以去掉，而鎮(zhèn)流器還要起降壓限流作用，不能去掉，故選B、C. 12．在如圖10所示的日光燈工作原理電路圖中： (1)開關(guān)合上前，啟動器的靜觸片和動觸片是________(填“接通的”或“斷開的”)； 圖10 (2)開關(guān)剛合上時，220 V電壓加在________上，使________

25、發(fā)出輝光； (3)日光燈啟動瞬間，燈管兩端電壓________220 V(填“大于”、“等于”或“小于”)； (4)日光燈正常發(fā)光時，啟動器的靜觸片和動觸片________(填“接通”或“斷開”)，鎮(zhèn)流器起著__________作用，保證日光燈正常工作； 答案　(1)斷開的　(2)啟動器　氖氣放電　(3)大于　(4)斷開　降壓限流 解析　日光燈按原理圖接好電路后，當開關(guān)閉合，電源把電壓加到啟動器兩極，使氖氣放電而發(fā)出輝光．輝光產(chǎn)生的熱量使U形動觸片膨脹伸長，跟靜觸片接觸而把電路接通，于是鎮(zhèn)流器的線圈和燈管的燈絲中就有電流通過．電路接通后，啟動器中的氖氣停止放電，U形動觸片冷卻收縮，兩個觸片分離，電路自動斷開，在電路突然斷開的瞬間，由于鎮(zhèn)流器中的電流急劇減小，會產(chǎn)生很高的自感電動勢，其方向與原來電壓方向相同，于是日光燈管成為電流的通路開始發(fā)光． 日光燈使用的是交變電流，電流的大小和方向都在不斷地變化，在日光燈正常發(fā)光時，由于交變電流通過鎮(zhèn)流器的線圈，線圈中就會產(chǎn)生自感電動勢，它總是阻礙電流變化，這時鎮(zhèn)流器就起著降壓限流的作用，保證日光燈的正常工作．