教科版高中物理选择性必修第二册第二章电磁感应及其应用4自感课件（50页ppt）

(共50张PPT)
第二章　电磁感应及其应用
4.自感
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核心素养：1.观察通电自感和断电自感实验，了解自感现象. 2.能够通过电磁感应的 规律分析通电、断电自感现象的成因. 3.了解自感电动势的表达式，知道自感系数的 决定因素. 4.了解自感现象中的能量转化.
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研习任务一　自感现象
合作　讨论
1. 按照如图所示电路图连接电路.
（1）开关S接通时，灯泡A1和A2的发光情况有什么不同？
提示：（1）灯泡A2立即发光，而灯泡A1是逐渐亮起来的.
（2）根据楞次定律结合电路图分析该现象产生的原因.
提示：（2）开关S接通的瞬间，电流增加，线圈L中产生感应电动 势.根据楞次定律，感应电动势会阻碍电流的增加，所以灯泡A1慢慢 地亮起来.
2. 按照如图所示电路图连接电路.
（1）若灯泡的电阻小于线圈L的直流电阻，先闭合开关使灯泡发光，稳定后断开开 关.观察开关断开时灯泡的亮度变化，并解释原因.若灯泡电阻大于线圈L的直流电 阻，灯泡的亮度如何变化？
提示：（1）灯泡逐渐熄灭.开关断开时，通过线圈L的电流减小， 这时会出现感应电动势阻碍线圈L中的电流减小，线圈中产生与原 方向相同的电流，与灯泡构成闭合回路，所以灯泡逐渐熄灭.若灯泡 电阻大于线圈L的直流电阻，则灯泡先闪亮一下再逐渐熄灭.
（2）开关断开前后，流过灯泡的电流方向相同吗？
提示：（2）开关闭合时，灯泡中的电流方向向左，开关断开瞬间， 灯泡中的电流方向向右，所以开关断开前后，流过灯泡的电流方向 相反.
教材　认知
2. 自感电动势的作用
阻碍原电流的变化，而不是阻止，原电流仍在变化，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.
本身　
电磁感应　
自感电动势　
3. 对电感线圈阻碍作用的理解
（1）若电路中的电流正在改变，电感线圈会产生自感电动势阻碍电路中电流的变 化，使通过电感线圈的电流不能突变.
（2）若电路中的电流是稳定的，电感线圈相当于一段导线，其阻碍作用是由绕制线 圈的导线的电阻引起的.
（3）线圈通电和断电时线圈中电流的变化规律如图.
磁场　
磁场
能　
电能　
[理解]　
1. 通电自感和断电自感的比较
项目 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I1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 电路中稳定电流为I1、I2
①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗；
②若I2＞I1，灯泡闪亮一下后逐渐变暗；
两种情况灯泡电流方向均改变
2. 自感现象中I－t图像的处理技巧
研习　经典
D
A. 再闭合开关S时，A1先亮，A2后亮
B. 再闭合开关S时，A1和A2同时亮
C. 再闭合开关S，待电路稳定后，重新断开开关S，A2立刻熄灭，A1过一会儿熄灭
D. 再闭合开关S，待电路稳定后，重新断开开关S，A1和A2都要过一会儿才熄灭
解析：再次闭合开关S时，滑动变阻器R不产生感应电动势，灯泡A2立刻正常发光， 线圈的电流增大，产生自感电动势，根据楞次定律得知，感应电动势阻碍电流的增 大，使得电流逐渐增大，A1灯逐渐亮起来，故A、B错误；再闭合开关S，待电路稳定 后，重新断开开关S，由于L产生自感，A1和A2与L、R构成一个闭合自感回路，A1和 A2都要过一会儿才熄灭，故C错误，D正确.
名师点评
　　自感现象也是一种电磁感应现象，线圈产生的自感电动势通过阻碍电流的变化来 阻碍磁通量的变化，所以电流会慢慢地增大，也会慢慢地减小.
对应　训练
　
D
A B
C D
　
解析：当开关断开时，灯泡中原来的电流I1立即消失，但是L由于自感要阻碍自身电 流的减小，L中的电流由I2逐渐减小，由于L与灯泡组成回路，L中的电流要经过灯 泡，所以灯泡中的电流突然变为I2且为反方向，然后逐渐减小到0，由于规定通过灯 泡的电流向右为正，所以此时流过灯泡的电流方向为负.故选D.
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研习任务二　自感系数
教材　认知
2. 自感系数
电流的变化率　
自感系
数　
亨利　
H　
研习　经典
A. 当线圈中通恒定电流时，线圈中没有自感现象，线圈自感系数为零
B. 线圈中电流变化越快，线圈的自感系数越大
C. 自感电动势与原电流方向相反
D. 对于确定的线圈，其产生的自感电动势与其电流变化率成正比
D
对应　训练
A. 线圈的自感系数越大，自感电动势一定越大
B. 线圈中的电流变化越快，自感系数越大
C. 线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定
D. 线圈中的电流等于零时，自感系数也等于零
解析：磁通量有变化才有感应电动势，故A错误；线圈的自感系数由线圈本身的因素 及有无铁芯决定，与电流无关，故B、D错误，C正确.
C
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研习任务三　自感现象的应用——日光灯
教材　认知
1. 日光灯的结构
普通的日光灯由灯管、镇流器、启动器、导线和开关组成.
（1）启动器：也称启辉器，是一个充有氖气的小玻璃泡，里面有两个电极，一个是 固定不动的静触片，一个是用两种不同的金属薄片铆合而成的U形动触片.
（2）镇流器：是一个有铁芯的自感系数很大的线圈，其作用是在日光灯启动时在灯 管两端形成一个瞬时高压，正常工作时又起着降压限流的作用.
2. 日光灯的工作原理
（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形片冷却收缩，使两个触片分离， 电路自动断开.
（3）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，自感电动势与电源电压加在一起，形成一个瞬时高压，加在灯管两端，使灯管 中的气体开始放电，于是日光灯被点亮.
（4）日光灯点亮后，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，它总是阻碍电流的变化，这时镇流器起着降压限流的作用，保证日光灯 正常工作.
研习　经典
A. 启动过程中，起辉器断开瞬间镇流器L产生瞬时高压
B. 日光灯正常发光后，镇流器L使灯管两端电压低于电源电压
C. 日光灯正常发光后起辉器是导通的
D. 图中的电源可以是交流电源，也可以是直流电源
AB
解析：起辉器内部有双金属片温控开关，启动过程中，起辉器断开瞬间，由于自感， 日光灯中的镇流器L在启动时产生瞬时高压，A正确；在正常工作时镇流器L又起降压 限流作用，镇流器L由于自感使灯管两端电压低于电源电压，B正确；启动前卸掉启 动器，不再采取其他措施，日光灯失去镇流器L自感产生的瞬时高压，日光灯不能正 常启动，当电路接通后，由于起辉器分压少、辉光放电无法进行，起辉器中的氖气停 止放电，起辉器内部有双金属片温控开关，冷却收缩，两个触片分离，电路断开，C 错误；根据上述，日光灯要正常工作，需要镇流器L自感作用，即只适用于交流电 源，不适用于直流电源，D错误.故选AB.
对应　训练
A. 令S2接a，S3不通，接通S1，则B启动后，灯管正常发光
B. 灯管正常发光时，将S2由a迅速转接到b，灯管将不再正常发 光
C. 断开S1、S3，令S2接b，待灯管冷却后再接通S1，可看到B断 续闪光，灯管却不能发光
D. 断开S1，取下B，令S2接a，再接通S1，此时按下S3，接通几 秒后迅速断开，灯管可正常发光
ACD
解析：启动器B在电路中起自动开关作用，灯管启动后就不起作用了，故用按钮式开 关S3来替代B，用“手控”的办法同样可以使灯管发光，故A、D正确；灯管正常发光 时，镇流器L起降压限流作用，完全可以用一个电阻来代替，则灯管正常发光时，将 S2由a迅速转接到b，此时灯泡中钨丝的电阻代替了镇流器L，起到了降压限流作用， 灯管仍能正常发光，故B错误；镇流器L在启动器中的双金属片断开瞬间可提供瞬时 高压，该瞬时高压与电源电压加在一起可以达到灯管启动时所需要的高电压使灯管发 光，而灯泡不能代替镇流器L产生灯管启动需要的高电压，则用灯泡D代替镇流器L只 会使启动器B断续闪烁，灯管不会启动，故C正确.故选ACD.
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课时作业（八）
[基础训练]
A. 若A线圈中输入电流，B线圈中就会产生感应电动势
B. 只有A线圈中输入变化的电流，B线圈中才会产生感应电动势
C. A中电流越大，B中感应电动势越大
D. A中电流变化越快，B中感应电动势越大
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A. 当开关S突然闭合时，A灯泡马上亮，B灯泡逐渐亮
B. 当开关S突然闭合时，A、B灯泡均马上亮，之后B灯泡逐渐熄 灭，A灯泡变得更亮
C. 当开关S由闭合变为断开时，A灯泡逐渐熄灭，B灯泡闪亮之后再 熄灭
D. 当开关S由闭合变为断开时，A灯泡马上熄灭，B灯泡闪亮之后再 熄灭
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解析：刚闭合S时，电源的电压同时加到两灯上，A、B同时亮，随着L中电流增大， 由于线圈L直流电阻可忽略不计，分流作用增大，B逐渐被短路直到熄灭，外电路总 电阻减小，总电流增大，A灯更亮，A错误，B正确；灯泡B与线圈L构成闭合回路， 所以稳定后再断开开关S后，流过L的电流会流到灯泡B，则灯泡B由暗变亮（闪一 下）再逐渐熄灭，灯泡A立即熄灭，C错误，D正确.
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A. RL＞RA
B. RL＜RA
C. 断开开关S的瞬间，小灯泡A中的电流方向为a→b
D. 断开开关S的瞬间，小灯泡A中的电流方向为b→a
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解析：稳定时，灯泡A与线圈L并联，故两者电压相等，通过线圈的电流为I1，通过小 灯泡的电流为I2，由于稳定后再断开开关S，小灯泡A闪亮一下，这是因为线圈L产生 的自感电动势阻碍磁通量减小，这时线圈L相当于电源，电流突然增大到原来线圈L的 电流I1，所以可以判断I1＞I2，结合欧姆定律可知，线圈L的电阻小于灯泡A的电阻，A 错误，B正确；在断开开关瞬间，线圈L中产生自感电动势，线圈L相当于电源，线圈 L右端为电源正极，此时灯泡中的电流为b→a，C错误，D正确.
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A. 无线充电效率高，线圈不发热
B. 无线充电基座可以用稳恒直流电源供电
C. 无线充电过程主要利用了互感现象
D. 无线充电基座可以对所有手机进行无线充电
C
解析：接收线圈的磁通量只是发射线圈产生的一部分，则无线充电效率低；充电时线 圈中有电流，根据电流的热效应，可知线圈会发热，故A错误.如果无线充电基座用 稳恒直流电源供电，则接收线圈的磁通量不变，不能产生感应电流，无法对手机充 电，故B错误.无线充电过程主要利用互感现象来实现能量传递，故C正确.如果手机 内没有接收线圈，则无线充电基座不可以对手机进行充电，故D错误.
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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相互抵消
C. 当电路中的电流变化时，电流的变化量相互抵消
D. 当电路中的电流变化时，两股导线中产生的磁通量相互抵消
解析：由于采用了双线绕法，两根平行导线中的电流反向，它们的磁场相互抵消.不 论导线中的电流如何变化，线圈中的磁通量始终为零，所以消除了自感现象的影响， 故选D.
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A. 产生电火花的回路只由导线与电池组成
B. 导线端向两个方向划动都能产生电火花
C. 锉刀采用什么材料制成对实验没有影响
D. 自感电动势的方向与导线端划动的方向无关
BD
解析：由图可知，产生电火花的回路由导线、锉刀与电池组成，故A错误；手执导线 的另一端，在锉刀上来回划动时产生的电火花，是由于电路时通时断，在回路中产生 自感电动势与导线运动的方向无关，即导线端向两个方向划动都能产生电火花，故B 正确；产生电火花的回路由导线、锉刀与电池组成，如果锉刀是绝缘体，则实验不能 完成，故C错误；自感电动势的方向与导线端划动的方向无关，故D正确.故选BD.
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A. 开关S闭合的瞬间电流计指针向右偏转
B. 开关S由闭合到断开的瞬间电流计指针向左偏转
C. B线圈中产生的感应电流是一种自感现象
D. 开关断开、闭合过程中的这种现象是一种互感现象
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解析：在闭合开关S时，根据右手螺旋定则可知，穿过线圈B的磁通量增大，且沿顺 时针方向，由楞次定律可得，感应电流盘旋而上，电流计指针将向右偏，故A正确； 开关S由闭合到断开的瞬间，根据右手螺旋定则可知，穿过线圈B的磁通量减小，且 沿顺时针方向，由楞次定律可得，感应电流盘旋而下，电流计指针将向左偏，故B正 确；B中产生的电流，是因为A中的电流变化，使产生的变化磁场穿过B，在B中产生 电流，所以并不是自感现象，故C错误；开关断开、闭合过程中是由于A中的电流变 化，使产生的变化磁场穿过B，在B中产生电流，所以是一种互感现象，故D正确.
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[能力提升]
A. 电源的电动势较小
B. 线圈的自感系数较大
C. 线圈电阻较大
D. 小灯泡电阻较大
解析：断电时，发生自感，线圈与灯泡构成回路，流过线圈的电流流过了灯泡，发生 闪亮的条件是原来流过线圈的电流大于流过灯泡的电流.所以未闪亮的原因是原来流 过线圈的电流小于流过灯泡的电流，即线圈电阻较大.
C
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A. 合上开关S，灯B和灯C逐渐变亮，灯A一直不亮
B. 合上开关S，灯C立即变亮，灯B逐渐变亮，灯A一直不亮
C. 开关S由闭合状态突然断开，灯A和灯C立即熄灭，灯B逐渐变暗 至熄灭
D. 开关S由闭合状态突然断开，灯A突然变亮，然后逐渐变暗至熄 灭，灯B逐渐变暗至熄灭，灯C立即熄灭
AD
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解析：合上开关S，二极管具有单向导电性，所以无电流通过A，则A一直不亮.由于 线圈中自感电动势的阻碍，则B、C逐渐变亮，故A正确，B错误.开关S由闭合状态突 然断开，线圈中由于产生自感电动势，相对于灯泡A、B串联，所以B逐渐变暗至熄 灭，A突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭.同时，由于C处于断路中，则立即熄灭，故C 错误，D正确.
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C
A. 甲图是开关S由断开变为闭合，通过传感器1的电流随时间变化的情况
B. 乙图是开关S由断开变为闭合，通过传感器1的电流随时间变化的情况
C. 丙图是开关S由闭合变为断开，通过传感器2的电流随时间变化的情况
D. 丁图是开关S由闭合变为断开，通过传感器2的电流随时间变化的情况
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A. 接通开关S，A立即变亮，最后A、B一样亮
B. 接通开关S，B逐渐变亮，最后A、B一样亮
C. 断开开关S，A、B都立刻熄灭
D. 断开开关S，A立刻熄灭，B逐渐熄灭
解析：接通开关S，电容器被充电，所以充电电流流过A立即变亮；电感线圈由于阻 碍电流增大，而产生自感电动势，B逐渐变亮，最后A、B一样亮，A、B正确，不符 合题意.断开开关S，电容器、线圈及灯泡B组成回路，电容器放电，线圈阻碍电流减 小而产生自感电动势，B逐渐熄灭，没有电流通过A灯泡，A立刻熄灭，C错误，符合 题意，D正确，不符合题意.
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A. 由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
B. 由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
C. 如果断开B线圈的开关S2，仍有延时作用
D. 如果断开B线圈的开关S2，延时将变长
解析：当S1断开时，通过线圈B中的磁通量变小，从而出现感应电流，致使F中仍有磁 性，延迟一段时间才被释放.所以由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作 用，故A错误，B正确.若断开B线圈的开关S2，当S1断开，F中立即没有磁性，所以没 有延时功能，故C、D错误.故选B.
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13. 如图所示，设电源的电动势E＝10 V，内阻不计，L与R的电阻均为5 Ω，两灯泡的 电阻均为Rs＝10 Ω.
（1）求断开S的瞬间，灯泡L1两端的电压；
答案：（1）10 V　
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（2）画出断开S前后一段时间内通过L1的电流随时间t的变化图像.
答案：（2）图见解析
解析：（2）断开S前，流过L1的电流为0.5 A不变，且设为正方向，而断开S的瞬间，通过L1的电流突变为1 A，且方向也发生变化，然后逐渐减小到零，所以它的图像如图所示（t0为断开S的时刻）.（注意：从t0开始，电流持续的时间实际上一般是很短的）
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