1、学案 8 自感现象及其应用 学习目标定位 1.观察实验，了解自感现象，并能够通过电磁感应规律分析通电自感与断 电自感.2.了解影响自感电动势大小的因素和自感系数的决定因素.3.了解日光灯的发光原 理 1电磁感应现象：穿过回路的磁通量发生变化时，回路中产生感应电动势的现象电磁感 应现象中产生的电流叫感应电流 2通电导线周围存在磁场，当导线中电流增大时，导线周围各处的磁场都增强，当导线中 电流减小时，导线周围各处的磁场都减弱 3楞次定律：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化 一、自感现象 1自感现象：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：自感现象中产生的感应电动
2、势 3自感系数：简称自感或电感，跟线圈的形状、长短、匝数等因素有关，此外，有铁芯的 线圈的自感系数比没有铁芯的大得多，单位是亨利，符号 H. 1 mH103 H,1H103 mH. 二、日光灯 1主要组成：灯管、镇流器、启动器 2灯管：管中气体在导电时主要发出紫外线，管壁上的荧光粉受其照射时发出可见光 3镇流器：一个带铁芯的线圈当启动日光灯时，镇流器产生瞬时的高电压；当日光灯正 常发光时，镇流器对灯管起降压限流作用 一、自感现象 问题设计 1通电自感：如图 1 所示，开关 S 闭合的时候两个灯泡的发光情况有什么不同？ 图 1 答案 灯泡 A2 立即正常发光，灯泡 A1 逐渐亮起来 2断电自感：
3、如图 2 所示，先闭合开关使灯泡发光，然后断开开关 图 2 (1)开关断开前后，流过灯泡的电流方向有何关系？ (2)在开关断开过程中，有时灯泡闪亮一下再熄灭，有时灯泡只会缓慢变暗直至熄灭，请分 析上述两种现象的原因是什么？ 答案 (1)S 闭合时，灯泡 A 中电流向左，S 断开瞬间，灯泡 A 中电流方向向右，所以开关 S 断开前后，流过灯泡的电流方向相反 (2)在开关断开后灯泡又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原线圈 中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 泡而当线圈电阻大于灯泡电阻时，灯泡只会延迟一段时间再熄灭 要点提炼 自感现象是指当
4、通过线圈的电流发生变化时，在线圈中引起的电磁感应现象 1当线圈中的电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反； 2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； 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，只是延缓了过 程的进行 4断电自感中，若断开开关瞬间，通过灯泡的电流瞬间比断开开关前大，灯泡会闪亮一下； 若断开开关后，通过灯泡的电流比断开开关前小，灯泡不会闪亮一下，而是逐渐变暗(填 “会闪亮”或“不会闪亮 ”) 二、日光灯 问题设计 1自感现象可分为断电自感和通电自感，在使日光灯管启动的过程中，应用了哪种自感现 象？ 答案 断电自感 2仔细阅读教材，你认
5、为启动器在日光灯电路中的作用是什么？ 答案 启动器在日光灯电路中相当于一个自动开关 3镇流器在日光灯的启动及正常工作时各起什么作用？ 答案 当启动日光灯时，由于启动器的两个触片的分离，镇流器中的电流急剧减小，会产 生很高的自感电动势，这个自感电动势与电源电压加在一起，形成一个瞬时高电压，加在 灯管两端，使灯管中的气体放电，日光灯被点亮日光灯管发光后，电阻小，要求电流小， 且日光灯管是用交流电源(大小与方向都随时间变化的电流) 供电，此时镇流器产生自感电 动势，阻碍电流的变化，从而在灯管正常发光时起到降压限流的作用，保证日光灯管的正 常工作 要点提炼 1启动器在日光灯电路中的作用为自动开关 2镇
6、流器的作用：当启动日光灯时，镇流器利用自感现象产生瞬时的高电压；当日光灯正 常发光时，镇流器又利用自感现象，对灯管起到降压限流作用 一、自感现象的分析 例 1 (单选) 如图 3 所示，电感线圈 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，且在下列实验中不会烧毁，电阻 R2 阻值约等于 R1 的两倍，则 ( ) 图 3 A闭合开关 S 时，LA、LB 同时达到最亮，且 LB 更亮一些 B闭合开关 S 时，LA 、LB 均慢慢亮起来，且 LA 更亮一些 C断开开关 S 时，LA 慢慢熄灭，LB 马上熄灭 D断开开关 S 时，LA 慢慢熄灭，LB 闪亮后才慢慢熄灭 解
7、析 由于灯泡 LA 与线圈 L 串联，灯泡 LB 与电阻 R2 串联，当 S 闭合的瞬间，通过线圈 的电流突然增大，线圈产生自感电动势，阻碍电流的增加，所以 LB 先亮；由于 LA 所在 的支路电阻阻值偏小，故稳定时电流大，即 LA 更亮一些，A 、B 错误；当 S 断开的瞬间， 线圈产生自感电动势，两灯组成的串联电路中，电流从线圈中电流开始减小，即从 IA 减 小，故 LA 慢慢熄灭，LB 闪亮后才慢慢熄灭，C 错误、D 正确 答案 D 思路点拨 (1)分析自感电流的大小时，应注意“L 的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计 ” 这一关键语句； (2)电路接通瞬间，自感线圈相当于断路； (3)
8、电路断开瞬间，回路中电流从 L 中原来的电流开始减小 二、自感现象的图象问题 例 2 ( 单选)如图 4 所示的电路中，S 闭合且稳定后流过电感线圈的电流是 2 A，流过灯泡 的电流是 1 A，现将 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( ) 图 4 解析 开关 S 断开前，通过灯泡 D 的电流是稳定的，其值为 1 A开关 S 断开瞬间，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 2 A 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
9、2 A 逐渐减小到零，但是方向与原来通过灯泡 D 的电流方向相反， D 对 答案 D 三、对日光灯的工作原理的理解 例 3 ( 单选)如图 5 所示是日光灯的结构示意图，若按图示的电路连接，关于日光灯发光 的情况，下列叙述中正确的是( ) 图 5 AS1 接通，S2、S3 断开，日光灯就能正常发光 BS1、 S2 接通，S3 断开，日光灯就能正常发光 CS3 断开，接通 S1、S2 后，再断开 S2，日光灯就能正常发光 D当日光灯正常发光后，再接通 S3，日光灯仍能正常发光 解析 当 S1 接通，S2 、S3 断开时，电源电压 220 V 直接加在灯管两端，达不到灯管启动 的高压值，日光灯不能
10、发光，选项 A 错误 当 S1、S2 接通，S3 断开时，灯丝两端被短路，电压为零，不能使气体电离导电，日光灯 不能发光，选项 B 错误 当日光灯正常发光后，再接通 S3，则镇流器被短路，灯管两端电压过高，会损坏灯管，选 项 D 错误 只有当 S1、S2 接通，灯丝被预热，发出电子，再断开 S2，镇流器中产生很大的自感电动 势，和原电压一起加在灯管两端，使气体电离，日光灯正常发光，选项 C 正确 答案 C 1(对自感现象的理解)( 单选 )关于自感现象，下列说法正确的是( ) 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
11、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 当电流增大时，感应电流的方向与原来的电流相反，当电流减小时，感应电流的方 向与原来的电流相同，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， D 正确；自感系数只取决于线圈本身的因素，与电流变化情 况无关故选项 C 错误 2(自感现象的图象问题)( 单选 )在如图 6 所示的电路中，S 是闭合的，此时流过线圈 L 的 电流为 i1，流过灯泡 A 的电流为 i2，且 i1i2，在 t1 时刻将 S 断开，那么流过灯泡 A 的 电流随时间变
12、化的图象是图中的 ( ) 图 6 答案 D 解析 在 0t1 时间内流过灯泡的电流为 i2，且方向为从左向右，当断开 S 时，i2 立即消 失，但由于自感作用，i1 并不立刻消失，而是产生自感电动势，与灯泡构成回路缓慢消失， 此时流过灯泡的电流从 i1 开始逐渐减小，方向为从右向左，故 D 正确故选 D. 3(对日光灯工作原理的理解)( 单选)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( ) 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启动器动、静触片分离后，选项 B 中灯管和电源断 开，选项 B 错误
13、；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、右端分别被短接，无法预热放出电子，不能使灯管内气体导电，选 项 D 错误 答案 A 题组一 自感现象的分析 1(单选) 关于线圈的自感系数，下面说法正确的是( ) A线圈的自感系数越大，自感电动势就一定越大 B线圈中电流等于零时，自感系数也等于零 C线圈中电流变化越快，自感系数越大 D线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定 答案 D 解析 自感系数是由线圈的大小、形状、圈数、有无铁芯等因素决定的，故 B、C 错，D 对；自感电动势不仅与自感系数有关，还与电流变化快慢有关，故 A 错 2(单选
14、) 如图 1 所示，L 为自感系数较大的线圈，电路稳定后小灯泡 A 正常发光，当断开 开关 S 的瞬间会有( ) 图 1 A灯 A 立即熄灭 B灯 A 慢慢熄灭 C灯 A 突然闪亮一下再慢慢熄灭 D灯 A 突然闪亮一下再突然熄灭 答案 A 解析 当开关 S 断开时，由于通过自感线圈的电流从有变到零，线圈将产生自感电动势， 但由于线圈 L 与灯 A 串联，在 S 断开瞬间，不能形成闭合回路，因此灯 A 在开关断开瞬 间，立即熄灭 3(单选) 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 2 所示的电路检查电路后，闭合开关 S，
15、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，他冥思苦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( ) 图 2 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 答案 C 解析 从实物连接图中可以看出，线圈 L 与小灯泡并联，断开开关 S 时，小灯泡 A 中原来 的电流立即消失，线圈 L 与小灯泡组成闭合回路，由于自感，线圈中的电流逐渐变小，使 小灯泡中的电流变为反向且与线圈中电流相同，小灯泡未闪亮说明断开 S 前，流过线圈的 电流与小灯泡的电流相同或较小，原因可能是线圈电阻偏大，故选项 C
16、正确 4(单选) 如图 3 所示，两个电阻阻值均为 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，于是电路中产生了自感电动势，此自感电 E2R 动势的作用是 ( ) 图 3 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 答案 D 解析 S 闭合，电路中电阻减小，电流增大，线圈产生的自感电动势的作用是阻碍原电流 的增大，A 错；阻碍电流增大，不是不让电流增大，而是让电流增大的速度变慢，B、C 错；最后达到稳
17、定时，电路中电流为 I 2I0，故 D 正确 ER 5(双选) 如图 4 所示的电路中，线圈 L 的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计， A、B 是两个相同的灯泡，下列说法中正确的是( ) 图 4 AS 闭合后， A、B 同时发光且亮度不变 BS 闭合后，A 立即发光，然后又逐渐熄灭 CS 断开的瞬间，A、B 同时熄灭 DS 断开的瞬间， A 再次发光，然后又逐渐熄灭 答案 BD 解析 线圈对变化的电流有阻碍作用，开关接通时，A 、B 串联， 同时发光，但电流稳定 后线圈的直流电阻忽略不计，使 A 被短路，所以 A 错误， B 正确；开关断开时，线圈产生 自感电动势，与 A 构成回路， A 再
18、次发光，然后又逐渐熄灭，所以 C 错误，D 正确 6(双选) 如图 5 所示甲、乙电路，电阻 R 和自感线圈 L 的电阻都很小，且小于灯泡电 阻接通 S，使电路达到稳定，灯泡 A 发光，则 ( ) 图 5 A在电路甲中，断开 S，A 将逐渐变暗 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 将逐渐变暗 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 题图甲中，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，A 的电流不变，以后电流 渐渐变小因此，
19、A 渐渐变暗题图乙中， 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相对很小) ，断开开关 S 时，电感线圈的自感电动势要阻碍电流 的变小，此瞬间电感线圈中的电流不变，电感线圈相当于一个电源给 A 供电因此，反向 流过 A 的电流瞬间要变大，然后渐渐变小，所以 A 将先闪亮一下，然后渐渐变暗 7(单选) 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 6 所示，其道理是( ) 图 6 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
20、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 答案 C 解析 能否有感应电动势，关键在于穿过回路的磁通量是否变化由于导线是双线绕法， 使穿过回路的磁通量等于零，无论通过的电流变化与否，磁通量均为零不变，所以不存在 感应电动势和感应电流 题组二 自感现象的图象问题 8(单选) 在如图 7 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
21、过 L1 的电流 i1、流过 L2 的电流 i2 随时间 t 变化的图象是 ( ) 答案 B 解析 与滑动变阻器 R 串联的 L2，没有自感，直接变亮，电流变化图象如 A 中图线， C、D 错误与带铁芯的电感线圈串联的 L1，由于自感，电流逐渐变大，A 错误，B 正 确 9(单选) 如图 8 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 t0 时刻闭合开关 S，经过一段时间后，在 tt1 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 8 答案 B 解析 在 t0 时刻闭合开关
22、S，由于电感线圈 L 产生自感电动势，阻碍电流通过，电源输 出电流较小，路端电压较高，经过一段时间电路稳定后，电源输出电流较大，路端电压较 低在 tt1 时刻断开 S，电感线圈 L 产生自感电动势，与灯泡构成闭合回路，灯泡 D 中 有反向电流通过，所以表示 A、B 两点间电压 UAB 随时间 t 变化的图象中正确的是 B. 10.如图 9 所示，电源的电动势为 E10 V，内阻不计，L 与 R 的电阻值均为 5 ，两灯泡 的电阻值均为 RS10 . 图 9 (1)求断开 S 的瞬间，灯泡 L1 两端的电压； (2)定性画出断开 S 前后一段时间内通过 L1 的电流随时间的变化规律 答案 (1)
23、10 V (2)见解析图 解析 (1)电路稳定工作时，由于 a、b 两点的电势相等，导线 ab 上无电流通过因此通过 L 的电流为 IL A1 A E2R 1010 流过 L1 的电流为 IS A0.5 A E2RS 1020 断开 S 的瞬间，由于线圈要想维持 IL 不变，而与 L1 组成闭合回路， 因此通过 L1 的最大电流为 1 A. 所以此时 L1 两端的电压为 UILRS10 V( 正常工作时为 5 V) (2)断开 S 前，流过 L1 的电流为 0.5 A 不变，而断开 S 的瞬间，通过 L1 的电流突变为 1 A，且方向也与原电流方向相反，然后渐渐减小 到零，所以它的图象如图所示
24、(t0 为断开 S 的时刻) 注：从 t0 开始，电流持续的时间实际上一般是很短的 题组三 对日光灯工作原理的理解 11(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日光灯点燃后，镇流器、启动器都不起作用 B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 C日光灯点亮后，启动器不再起作用，可以将启动器去掉 D日光灯点亮后，使镇流器短路，日光灯仍能正常发光，并能降低对电能的消耗 答案 BC 解析 日光灯工作时都要经过预热、启动和正常工作三个不同的阶段，它们的工作电流通 路如图所示 在启动阶段镇流器与启动器配合产生瞬时高压工作时，电流由镇流器经灯管，不再流
25、过 启动器，故日光灯启动后启动器不再工作，可以去掉，而镇流器还要起降压限流作用，不 能去掉，故选 B、C. 12在如图 10 所示的日光灯工作原理电路图中： (1)开关合上前，启动器的静触片和动触 片是_(填“接通的”或“断开的”)； 图 10 (2)开关刚合上时，220 V 电压加在 _上，使_发出辉光； (3)日光灯启动瞬间，灯管两端电压_220 V( 填“ 大于”、 “等于”或“小于”) ； (4)日光灯正常发光时，启动器的静触片和动触片_(填“接通”或“断开”)，镇流器起 着_作用，保证日光灯正常工作； 答案 (1)断开的 (2) 启动器 氖气放电 (3) 大于 (4)断开 降压限流
26、解析 日光灯按原理图接好电路后，当开关闭合，电源把电压加到启动器两极，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，跟静触片接触而把电路接通，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，两个触片分离，电路自动断开，在电路突然断开的瞬间，由于镇流 器中的电流急剧减小，会产生很高的自感电动势，其方向与原来电压方向相同，于是日光 灯管成为电流的通路开始发光 日光灯使用的是交变电流，电流的大小和方向都在不断地变化，在日光灯正常发光时，由 于交变电流通过镇流器的线圈，线圈中就会产生自感电动势，它总是阻碍电流变化，这时 镇流器就起着降压限流的作用，保证日光灯的正常工作
