資源簡介

(共50張PPT)
第二章　電磁感應及其應用
4.自感
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核心素養(yǎng)：1.觀察通電自感和斷電自感實驗，了解自感現(xiàn)象. 2.能夠通過電磁感應的 規(guī)律分析通電、斷電自感現(xiàn)象的成因. 3.了解自感電動勢的表達式，知道自感系數(shù)的 決定因素. 4.了解自感現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化.
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研習任務(wù)一　自感現(xiàn)象
合作　討論
1. 按照如圖所示電路圖連接電路.
（1）開關(guān)S接通時，燈泡A1和A2的發(fā)光情況有什么不同？
提示：（1）燈泡A2立即發(fā)光，而燈泡A1是逐漸亮起來的.
（2）根據(jù)楞次定律結(jié)合電路圖分析該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因.
提示：（2）開關(guān)S接通的瞬間，電流增加，線圈L中產(chǎn)生感應電動 勢.根據(jù)楞次定律，感應電動勢會阻礙電流的增加，所以燈泡A1慢慢 地亮起來.
2. 按照如圖所示電路圖連接電路.
（1）若燈泡的電阻小于線圈L的直流電阻，先閉合開關(guān)使燈泡發(fā)光，穩(wěn)定后斷開開 關(guān).觀察開關(guān)斷開時燈泡的亮度變化，并解釋原因.若燈泡電阻大于線圈L的直流電 阻，燈泡的亮度如何變化？
提示：（1）燈泡逐漸熄滅.開關(guān)斷開時，通過線圈L的電流減小， 這時會出現(xiàn)感應電動勢阻礙線圈L中的電流減小，線圈中產(chǎn)生與原 方向相同的電流，與燈泡構(gòu)成閉合回路，所以燈泡逐漸熄滅.若燈泡 電阻大于線圈L的直流電阻，則燈泡先閃亮一下再逐漸熄滅.
（2）開關(guān)斷開前后，流過燈泡的電流方向相同嗎？
提示：（2）開關(guān)閉合時，燈泡中的電流方向向左，開關(guān)斷開瞬間， 燈泡中的電流方向向右，所以開關(guān)斷開前后，流過燈泡的電流方向 相反.
教材　認知
2. 自感電動勢的作用
阻礙原電流的變化，而不是阻止，原電流仍在變化，只是使原電流的變化時間變長， 即總是起著推遲電流變化的作用.
本身　
電磁感應　
自感電動勢　
3. 對電感線圈阻礙作用的理解
（1）若電路中的電流正在改變，電感線圈會產(chǎn)生自感電動勢阻礙電路中電流的變 化，使通過電感線圈的電流不能突變.
（2）若電路中的電流是穩(wěn)定的，電感線圈相當于一段導線，其阻礙作用是由繞制線 圈的導線的電阻引起的.
（3）線圈通電和斷電時線圈中電流的變化規(guī)律如圖.
磁場　
磁場
能　
電能　
[理解]　
1. 通電自感和斷電自感的比較
項目 與線圈串聯(lián)的燈泡 與線圈并聯(lián)的燈泡
電路圖
通電時 電流逐漸增大，燈泡逐漸變亮 電流I1突然變大，然后逐漸減小達到穩(wěn)定
斷電時 電流逐漸減小，燈泡逐漸變 暗，電流方向不變 電路中穩(wěn)定電流為I1、I2
①若I2≤I1，燈泡逐漸變暗；
②若I2＞I1，燈泡閃亮一下后逐漸變暗；
兩種情況燈泡電流方向均改變
2. 自感現(xiàn)象中I－t圖像的處理技巧
研習　經(jīng)典
D
A. 再閉合開關(guān)S時，A1先亮，A2后亮
B. 再閉合開關(guān)S時，A1和A2同時亮
C. 再閉合開關(guān)S，待電路穩(wěn)定后，重新斷開開關(guān)S，A2立刻熄滅，A1過一會兒熄滅
D. 再閉合開關(guān)S，待電路穩(wěn)定后，重新斷開開關(guān)S，A1和A2都要過一會兒才熄滅
解析：再次閉合開關(guān)S時，滑動變阻器R不產(chǎn)生感應電動勢，燈泡A2立刻正常發(fā)光， 線圈的電流增大，產(chǎn)生自感電動勢，根據(jù)楞次定律得知，感應電動勢阻礙電流的增 大，使得電流逐漸增大，A1燈逐漸亮起來，故A、B錯誤；再閉合開關(guān)S，待電路穩(wěn)定 后，重新斷開開關(guān)S，由于L產(chǎn)生自感，A1和A2與L、R構(gòu)成一個閉合自感回路，A1和 A2都要過一會兒才熄滅，故C錯誤，D正確.
名師點評
　　自感現(xiàn)象也是一種電磁感應現(xiàn)象，線圈產(chǎn)生的自感電動勢通過阻礙電流的變化來 阻礙磁通量的變化，所以電流會慢慢地增大，也會慢慢地減小.
對應　訓練
　
D
A B
C D
　
解析：當開關(guān)斷開時，燈泡中原來的電流I1立即消失，但是L由于自感要阻礙自身電 流的減小，L中的電流由I2逐漸減小，由于L與燈泡組成回路，L中的電流要經(jīng)過燈 泡，所以燈泡中的電流突然變?yōu)镮2且為反方向，然后逐漸減小到0，由于規(guī)定通過燈 泡的電流向右為正，所以此時流過燈泡的電流方向為負.故選D.
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研習任務(wù)二　自感系數(shù)
教材　認知
2. 自感系數(shù)
電流的變化率　
自感系
數(shù)　
亨利　
H　
研習　經(jīng)典
A. 當線圈中通恒定電流時，線圈中沒有自感現(xiàn)象，線圈自感系數(shù)為零
B. 線圈中電流變化越快，線圈的自感系數(shù)越大
C. 自感電動勢與原電流方向相反
D. 對于確定的線圈，其產(chǎn)生的自感電動勢與其電流變化率成正比
D
對應　訓練
A. 線圈的自感系數(shù)越大，自感電動勢一定越大
B. 線圈中的電流變化越快，自感系數(shù)越大
C. 線圈的自感系數(shù)由線圈本身的因素及有無鐵芯決定
D. 線圈中的電流等于零時，自感系數(shù)也等于零
解析：磁通量有變化才有感應電動勢，故A錯誤；線圈的自感系數(shù)由線圈本身的因素 及有無鐵芯決定，與電流無關(guān)，故B、D錯誤，C正確.
C
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研習任務(wù)三　自感現(xiàn)象的應用——日光燈
教材　認知
1. 日光燈的結(jié)構(gòu)
普通的日光燈由燈管、鎮(zhèn)流器、啟動器、導線和開關(guān)組成.
（1）啟動器：也稱啟輝器，是一個充有氖氣的小玻璃泡，里面有兩個電極，一個是 固定不動的靜觸片，一個是用兩種不同的金屬薄片鉚合而成的U形動觸片.
（2）鎮(zhèn)流器：是一個有鐵芯的自感系數(shù)很大的線圈，其作用是在日光燈啟動時在燈 管兩端形成一個瞬時高壓，正常工作時又起著降壓限流的作用.
2. 日光燈的工作原理
（1）開關(guān)閉合后，啟動器動觸片與靜觸片接觸，使燈絲和鎮(zhèn)流器線圈中有電流流 過，使燈絲預熱.
（2）電路接通后，啟動器中的氖氣停止放電，U形片冷卻收縮，使兩個觸片分離， 電路自動斷開.
（3）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，自感電動勢與電源電壓加在一起，形成一個瞬時高壓，加在燈管兩端，使燈管 中的氣體開始放電，于是日光燈被點亮.
（4）日光燈點亮后，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，它總是阻礙電流的變化，這時鎮(zhèn)流器起著降壓限流的作用，保證日光燈 正常工作.
研習　經(jīng)典
A. 啟動過程中，起輝器斷開瞬間鎮(zhèn)流器L產(chǎn)生瞬時高壓
B. 日光燈正常發(fā)光后，鎮(zhèn)流器L使燈管兩端電壓低于電源電壓
C. 日光燈正常發(fā)光后起輝器是導通的
D. 圖中的電源可以是交流電源，也可以是直流電源
AB
解析：起輝器內(nèi)部有雙金屬片溫控開關(guān)，啟動過程中，起輝器斷開瞬間，由于自感， 日光燈中的鎮(zhèn)流器L在啟動時產(chǎn)生瞬時高壓，A正確；在正常工作時鎮(zhèn)流器L又起降壓 限流作用，鎮(zhèn)流器L由于自感使燈管兩端電壓低于電源電壓，B正確；啟動前卸掉啟 動器，不再采取其他措施，日光燈失去鎮(zhèn)流器L自感產(chǎn)生的瞬時高壓，日光燈不能正 常啟動，當電路接通后，由于起輝器分壓少、輝光放電無法進行，起輝器中的氖氣停 止放電，起輝器內(nèi)部有雙金屬片溫控開關(guān)，冷卻收縮，兩個觸片分離，電路斷開，C 錯誤；根據(jù)上述，日光燈要正常工作，需要鎮(zhèn)流器L自感作用，即只適用于交流電 源，不適用于直流電源，D錯誤.故選AB.
對應　訓練
A. 令S2接a，S3不通，接通S1，則B啟動后，燈管正常發(fā)光
B. 燈管正常發(fā)光時，將S2由a迅速轉(zhuǎn)接到b，燈管將不再正常發(fā) 光
C. 斷開S1、S3，令S2接b，待燈管冷卻后再接通S1，可看到B斷 續(xù)閃光，燈管卻不能發(fā)光
D. 斷開S1，取下B，令S2接a，再接通S1，此時按下S3，接通幾 秒后迅速斷開，燈管可正常發(fā)光
ACD
解析：啟動器B在電路中起自動開關(guān)作用，燈管啟動后就不起作用了，故用按鈕式開 關(guān)S3來替代B，用“手控”的辦法同樣可以使燈管發(fā)光，故A、D正確；燈管正常發(fā)光 時，鎮(zhèn)流器L起降壓限流作用，完全可以用一個電阻來代替，則燈管正常發(fā)光時，將 S2由a迅速轉(zhuǎn)接到b，此時燈泡中鎢絲的電阻代替了鎮(zhèn)流器L，起到了降壓限流作用， 燈管仍能正常發(fā)光，故B錯誤；鎮(zhèn)流器L在啟動器中的雙金屬片斷開瞬間可提供瞬時 高壓，該瞬時高壓與電源電壓加在一起可以達到燈管啟動時所需要的高電壓使燈管發(fā) 光，而燈泡不能代替鎮(zhèn)流器L產(chǎn)生燈管啟動需要的高電壓，則用燈泡D代替鎮(zhèn)流器L只 會使啟動器B斷續(xù)閃爍，燈管不會啟動，故C正確.故選ACD.
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課時作業(yè)（八）
[基礎(chǔ)訓練]
A. 若A線圈中輸入電流，B線圈中就會產(chǎn)生感應電動勢
B. 只有A線圈中輸入變化的電流，B線圈中才會產(chǎn)生感應電動勢
C. A中電流越大，B中感應電動勢越大
D. A中電流變化越快，B中感應電動勢越大
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A. 當開關(guān)S突然閉合時，A燈泡馬上亮，B燈泡逐漸亮
B. 當開關(guān)S突然閉合時，A、B燈泡均馬上亮，之后B燈泡逐漸熄 滅，A燈泡變得更亮
C. 當開關(guān)S由閉合變?yōu)閿嚅_時，A燈泡逐漸熄滅，B燈泡閃亮之后再 熄滅
D. 當開關(guān)S由閉合變?yōu)閿嚅_時，A燈泡馬上熄滅，B燈泡閃亮之后再 熄滅
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解析：剛閉合S時，電源的電壓同時加到兩燈上，A、B同時亮，隨著L中電流增大， 由于線圈L直流電阻可忽略不計，分流作用增大，B逐漸被短路直到熄滅，外電路總 電阻減小，總電流增大，A燈更亮，A錯誤，B正確；燈泡B與線圈L構(gòu)成閉合回路， 所以穩(wěn)定后再斷開開關(guān)S后，流過L的電流會流到燈泡B，則燈泡B由暗變亮（閃一 下）再逐漸熄滅，燈泡A立即熄滅，C錯誤，D正確.
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A. RL＞RA
B. RL＜RA
C. 斷開開關(guān)S的瞬間，小燈泡A中的電流方向為a→b
D. 斷開開關(guān)S的瞬間，小燈泡A中的電流方向為b→a
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解析：穩(wěn)定時，燈泡A與線圈L并聯(lián)，故兩者電壓相等，通過線圈的電流為I1，通過小 燈泡的電流為I2，由于穩(wěn)定后再斷開開關(guān)S，小燈泡A閃亮一下，這是因為線圈L產(chǎn)生 的自感電動勢阻礙磁通量減小，這時線圈L相當于電源，電流突然增大到原來線圈L的 電流I1，所以可以判斷I1＞I2，結(jié)合歐姆定律可知，線圈L的電阻小于燈泡A的電阻，A 錯誤，B正確；在斷開開關(guān)瞬間，線圈L中產(chǎn)生自感電動勢，線圈L相當于電源，線圈 L右端為電源正極，此時燈泡中的電流為b→a，C錯誤，D正確.
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A. 無線充電效率高，線圈不發(fā)熱
B. 無線充電基座可以用穩(wěn)恒直流電源供電
C. 無線充電過程主要利用了互感現(xiàn)象
D. 無線充電基座可以對所有手機進行無線充電
C
解析：接收線圈的磁通量只是發(fā)射線圈產(chǎn)生的一部分，則無線充電效率低；充電時線 圈中有電流，根據(jù)電流的熱效應，可知線圈會發(fā)熱，故A錯誤.如果無線充電基座用 穩(wěn)恒直流電源供電，則接收線圈的磁通量不變，不能產(chǎn)生感應電流，無法對手機充 電，故B錯誤.無線充電過程主要利用互感現(xiàn)象來實現(xiàn)能量傳遞，故C正確.如果手機 內(nèi)沒有接收線圈，則無線充電基座不可以對手機進行充電，故D錯誤.
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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)生的感應電流相互抵消
C. 當電路中的電流變化時，電流的變化量相互抵消
D. 當電路中的電流變化時，兩股導線中產(chǎn)生的磁通量相互抵消
解析：由于采用了雙線繞法，兩根平行導線中的電流反向，它們的磁場相互抵消.不 論導線中的電流如何變化，線圈中的磁通量始終為零，所以消除了自感現(xiàn)象的影響， 故選D.
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A. 產(chǎn)生電火花的回路只由導線與電池組成
B. 導線端向兩個方向劃動都能產(chǎn)生電火花
C. 銼刀采用什么材料制成對實驗沒有影響
D. 自感電動勢的方向與導線端劃動的方向無關(guān)
BD
解析：由圖可知，產(chǎn)生電火花的回路由導線、銼刀與電池組成，故A錯誤；手執(zhí)導線 的另一端，在銼刀上來回劃動時產(chǎn)生的電火花，是由于電路時通時斷，在回路中產(chǎn)生 自感電動勢與導線運動的方向無關(guān)，即導線端向兩個方向劃動都能產(chǎn)生電火花，故B 正確；產(chǎn)生電火花的回路由導線、銼刀與電池組成，如果銼刀是絕緣體，則實驗不能 完成，故C錯誤；自感電動勢的方向與導線端劃動的方向無關(guān)，故D正確.故選BD.
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A. 開關(guān)S閉合的瞬間電流計指針向右偏轉(zhuǎn)
B. 開關(guān)S由閉合到斷開的瞬間電流計指針向左偏轉(zhuǎn)
C. B線圈中產(chǎn)生的感應電流是一種自感現(xiàn)象
D. 開關(guān)斷開、閉合過程中的這種現(xiàn)象是一種互感現(xiàn)象
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解析：在閉合開關(guān)S時，根據(jù)右手螺旋定則可知，穿過線圈B的磁通量增大，且沿順 時針方向，由楞次定律可得，感應電流盤旋而上，電流計指針將向右偏，故A正確； 開關(guān)S由閉合到斷開的瞬間，根據(jù)右手螺旋定則可知，穿過線圈B的磁通量減小，且 沿順時針方向，由楞次定律可得，感應電流盤旋而下，電流計指針將向左偏，故B正 確；B中產(chǎn)生的電流，是因為A中的電流變化，使產(chǎn)生的變化磁場穿過B，在B中產(chǎn)生 電流，所以并不是自感現(xiàn)象，故C錯誤；開關(guān)斷開、閉合過程中是由于A中的電流變 化，使產(chǎn)生的變化磁場穿過B，在B中產(chǎn)生電流，所以是一種互感現(xiàn)象，故D正確.
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[能力提升]
A. 電源的電動勢較小
B. 線圈的自感系數(shù)較大
C. 線圈電阻較大
D. 小燈泡電阻較大
解析：斷電時，發(fā)生自感，線圈與燈泡構(gòu)成回路，流過線圈的電流流過了燈泡，發(fā)生 閃亮的條件是原來流過線圈的電流大于流過燈泡的電流.所以未閃亮的原因是原來流 過線圈的電流小于流過燈泡的電流，即線圈電阻較大.
C
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A. 合上開關(guān)S，燈B和燈C逐漸變亮，燈A一直不亮
B. 合上開關(guān)S，燈C立即變亮，燈B逐漸變亮，燈A一直不亮
C. 開關(guān)S由閉合狀態(tài)突然斷開，燈A和燈C立即熄滅，燈B逐漸變暗 至熄滅
D. 開關(guān)S由閉合狀態(tài)突然斷開，燈A突然變亮，然后逐漸變暗至熄 滅，燈B逐漸變暗至熄滅，燈C立即熄滅
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解析：合上開關(guān)S，二極管具有單向?qū)щ娦裕詿o電流通過A，則A一直不亮.由于 線圈中自感電動勢的阻礙，則B、C逐漸變亮，故A正確，B錯誤.開關(guān)S由閉合狀態(tài)突 然斷開，線圈中由于產(chǎn)生自感電動勢，相對于燈泡A、B串聯(lián)，所以B逐漸變暗至熄 滅，A突然變亮，然后逐漸變暗至熄滅.同時，由于C處于斷路中，則立即熄滅，故C 錯誤，D正確.
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A. 甲圖是開關(guān)S由斷開變?yōu)殚]合，通過傳感器1的電流隨時間變化的情況
B. 乙圖是開關(guān)S由斷開變?yōu)殚]合，通過傳感器1的電流隨時間變化的情況
C. 丙圖是開關(guān)S由閉合變?yōu)閿嚅_，通過傳感器2的電流隨時間變化的情況
D. 丁圖是開關(guān)S由閉合變?yōu)閿嚅_，通過傳感器2的電流隨時間變化的情況
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A. 接通開關(guān)S，A立即變亮，最后A、B一樣亮
B. 接通開關(guān)S，B逐漸變亮，最后A、B一樣亮
C. 斷開開關(guān)S，A、B都立刻熄滅
D. 斷開開關(guān)S，A立刻熄滅，B逐漸熄滅
解析：接通開關(guān)S，電容器被充電，所以充電電流流過A立即變亮；電感線圈由于阻 礙電流增大，而產(chǎn)生自感電動勢，B逐漸變亮，最后A、B一樣亮，A、B正確，不符 合題意.斷開開關(guān)S，電容器、線圈及燈泡B組成回路，電容器放電，線圈阻礙電流減 小而產(chǎn)生自感電動勢，B逐漸熄滅，沒有電流通過A燈泡，A立刻熄滅，C錯誤，符合 題意，D正確，不符合題意.
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A. 由于A線圈的電磁感應作用，才產(chǎn)生延時釋放D的作用
B. 由于B線圈的電磁感應作用，才產(chǎn)生延時釋放D的作用
C. 如果斷開B線圈的開關(guān)S2，仍有延時作用
D. 如果斷開B線圈的開關(guān)S2，延時將變長
解析：當S1斷開時，通過線圈B中的磁通量變小，從而出現(xiàn)感應電流，致使F中仍有磁 性，延遲一段時間才被釋放.所以由于B線圈的電磁感應作用，才產(chǎn)生延時釋放D的作 用，故A錯誤，B正確.若斷開B線圈的開關(guān)S2，當S1斷開，F(xiàn)中立即沒有磁性，所以沒 有延時功能，故C、D錯誤.故選B.
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13. 如圖所示，設(shè)電源的電動勢E＝10 V，內(nèi)阻不計，L與R的電阻均為5 Ω，兩燈泡的 電阻均為Rs＝10 Ω.
（1）求斷開S的瞬間，燈泡L1兩端的電壓；
答案：（1）10 V　
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（2）畫出斷開S前后一段時間內(nèi)通過L1的電流隨時間t的變化圖像.
答案：（2）圖見解析
解析：（2）斷開S前，流過L1的電流為0.5 A不變，且設(shè)為正方向，而斷開S的瞬間，通過L1的電流突變?yōu)? A，且方向也發(fā)生變化，然后逐漸減小到零，所以它的圖像如圖所示（t0為斷開S的時刻）.（注意：從t0開始，電流持續(xù)的時間實際上一般是很短的）
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