《学霸笔记 同步精讲》第2章 电磁感应及其应用 4.自感（课件）高中物理教科版选择性必修2

(共40张PPT)
4.自感
第二章
2026
课 标 定 位
1.能够通过电磁感应的有关规律分析通电自感和断电自感现象。
2.了解自感电动势的表达式EL=L 知道自感系数的决定因素。
3.了解日光灯结构及工作原理。
素 养 阐 释
1.通过分析通电自感和断电自感现象,形成科学思维。
2.通过分析自感中“闪亮”与“不闪亮”问题,培养科学探究能力。
3.通过了解日光灯,理解自感现象的应用,形成科学态度。
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
自主预习·新知导学
一、自感现象
1.实验探究:通电自感和断电自感
研究 对象 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D2慢慢变亮 阻碍电流的增加
断电 自感 断开开关的瞬间,灯泡D延迟熄灭。有时灯泡D会闪亮一下,然后逐渐变暗 阻碍电流的减小
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)自感现象中,感应电流一定与原电流方向相反。 ( 　　)
(2)线圈的自感系数与电流大小无关,与电流的变化率有关。 ( 　　)
(3)日光灯点亮后,启动器就没有作用了。 ( 　　)
(4)在日光灯正常工作中,镇流器只会消耗能量,没有作用。 ( 　　)
×
×
√
×
2.在断电自感现象中,电流减小时,自感线圈中的电流大小一定小于原先所通过电流的大小,为什么灯泡有时闪亮一下再熄灭
提示:断电自感时,自感线圈中的电流大小一定小于原先所通过电流的大小,但是可能会大于灯泡中的电流,所以有时灯泡会闪亮。
3.断电自感的实验中,为什么开关断开后,灯泡的发光会持续一段时间 试从能量的角度加以解释。
提示:开关断开后,线圈中储存的能量释放出来转化为电能,故灯泡发光会持续一段时间。
合作探究·释疑解惑
知识点一
自感现象
【问题引领】
如图所示,先闭合开关使灯泡发光,然后断开开关。
(1)开关S断开前后,流过灯泡的电流方向相同吗
(2)在断开开关S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产生的原因是什么
提示:(1)不相同。开关S闭合时,灯泡中的电流方向向左,开关S断开瞬间,灯泡中的电流方向向右,所以开关S断开前后,流过灯泡的电流方向相反。
(2)在开关S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开关S断开前流过灯泡的电流大。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电阻。而当线圈电阻大于或等于灯泡电阻时,灯泡就会缓慢变暗直至熄灭。
【归纳提升】
1.对自感电动势的理解
(1)产生原因:通过线圈的电流发生变化,导致穿过线圈的磁通量发生变化,因而在原线圈上产生感应电动势。
(2)自感电动势的方向:当原电流增大时,自感电动势的方向与原电流方向相反;当原电流减小时,自感电动势的方向与原电流方向相同(即增反减同)。
(3)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。
2.自感现象的分析思路
(1)明确通过自感线圈的电流的变化情况(增大或减小)。
(2)根据“增反减同”,判断自感电动势的方向。
(3)阻碍结果分析:电流增大时,由于自感电动势的作用,线圈中的电流逐渐增大,与线圈串联的元件中的电流也逐渐增大;电流减小时,由于自感电动势的作用,线圈中的电流逐渐减小,与线圈串联的元件中的电流也逐渐减小。
3.自感中“闪亮”与“不闪亮”问题
比较项 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 电流突然增大,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,灯泡闪亮后逐渐变暗。两种情况灯泡中电流方向均改变
【典型例题】
【例题1】 (多选)如图所示,电源的电动势为E,内阻r忽略不计。A、B是两个相同的小灯泡,L是一个自感系数相当大的线圈。以下说法正确的是
(　　)
A.从开关闭合到电路中电流稳定的时间内,小灯泡A立刻亮,并且亮度保持稳定
B.从开关闭合到电路中电流稳定的时间内,小灯泡B立刻亮,并且亮度保持稳定
C.开关断开后瞬间,小灯泡A闪亮一下再熄灭
D.开关断开后瞬间,电流自右向左通过小灯泡A
AD
解析:开关闭合,小灯泡A立刻亮,因为电源没有内阻,所以小灯泡A两端的电压保持不变,灯泡亮度稳定,故A正确;因为L是一个自感系数相当大的线圈,所以开关闭合时小灯泡B不亮,然后逐渐变亮,最后亮度稳定,故B错误;两个灯泡电阻一样,若L也没有电阻,则断开前后小灯泡A的电流相同,不会闪亮;若L有电阻,则通过小灯泡B的电流小于小灯泡A的电流,所以小灯泡A也不会闪亮一下,故C错误;开关断开后瞬间,L产生感应电流,在回路中通过小灯泡A的电流方向为从右向左,故D正确。
科学思维
自感问题的分析技巧
(1)当电路接通瞬间,自感线圈相当于断路;当电路稳定时,相当于电阻,如果线圈没有电阻,相当于导线(短路);当电路断开瞬间,自感线圈相当于电源,电流逐渐减小。
(2)断开开关后,灯泡是否瞬间变得更亮,取决于电路稳定时两支路中电流的大小关系,即由两支路中电阻的大小关系决定。
(3)若断开开关后,线圈与灯泡不能组成闭合回路,则灯泡会立即熄灭。
(4)电流减小时,自感线圈中电流的大小一定小于原先所通过的电流大小,但自感电动势可能大于原电源电动势。
(5)在线圈中产生自感电动势,自感电动势阻碍电流的变化,但“阻碍”不是“阻止”,“阻碍”实质上是“延缓”。
【变式训练1】 (多选)如图(a)、(b)所示的电路中,电阻R和自感线圈L的电阻值都很小,且小于灯泡A的电阻,闭合开关S,使电路达到稳定,灯泡A发光,则(　　)
(a)
(b)
A.在电路(a)中,断开S,A将渐渐变暗
B.在电路(a)中,断开S,A将先变得更亮,然后渐渐变暗
C.在电路(b)中,断开S,A将渐渐变暗
D.在电路(b)中,断开S,A将先变得更亮,然后渐渐变暗
AD
解析:在电路(a)中,灯泡A和线圈L串联,它们的电流相同,断开S时,线圈上产生自感电动势,阻碍原电流的减小,流过灯泡A的电流逐渐减小,从而灯泡A只能渐渐变暗。在电路(b)中,电阻R和灯泡A串联,灯泡A的电阻大于线圈L的电阻,电流则小于线圈L中的电流,断开S时,电源不再给灯泡供电,而线圈产生自感电动势阻碍电流的减小,通过R、A形成回路,灯泡A中电流突然变大,灯泡A将先变得更亮,然后渐渐变暗,故A、D正确。
【问题引领】
知识点二
自感系数
在自感现象中,自感电动势的大小跟什么因素有关 为什么
提示:自感电动势的大小跟其他感应电动势的大小一样,跟穿过线圈的磁通量的变化快慢有关。而在自感现象中,穿过线圈的磁通量变化是由电流变化引起的,故自感电动势的大小跟导体中电流变化的快慢有关。
【归纳提升】
1.自感电动势大小公式:EL=L 。
2.自感系数
(1)物理意义:表征线圈产生自感电动势本领的大小。
(2)决定因素:自感系数是由线圈本身性质决定的,跟线圈的形状、直径、匝数等因素有关。另外有无铁芯对线圈的自感系数影响很大。
(3)单位:亨(H)、毫亨(mH)、微亨(μH),1 H=103 mH=106 μH。
【典型例题】
【例题2】 关于自感现象,下列说法正确的是(　　)
A.感应电流一定和原电流方向相反
B.线圈中产生的自感电动势较大时,其自感系数一定较大
C.对于同一线圈,当电流变化较快时,线圈中的自感系数较大
D.对于同一线圈,当电流变化较快时,线圈中的自感电动势也较大
D
解析:自感现象中感应电动势的方向遵从楞次定律,当原电流减小时,自感电流与原电流方向相同;当原电流增大时,自感电流与原电流方向相反,所以A错误。自感电动势的大小EL=L,所以自感电动势大不一定是由自感系数大引起的,有可能是电流的变化率很大引起的,所以B错误。线圈自感系数的大小,由线圈本身决定,与线圈中有无电流以及电流变化的快慢无关,所以C错误。由EL=L知,对于同一线圈,自感系数L确定,当电流变化较快时,线圈中产生的自感电动势也较大,所以D正确。
观念养成
(1)自感系数的大小由线圈本身的特性及有无铁芯决定,线圈越长,单位长度的匝数越多,自感系数越大。
(2)自感系数与E、ΔI、Δt等均无关。
【变式训练2】 关于线圈的自感系数,下列说法正确的是(　　)
A.线圈的自感系数越大,自感电动势就一定越大
B.线圈中的电流等于零时,自感系数也等于零
C.线圈中的电流变化得越快,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
D
解析:线圈的自感系数是由线圈本身的因素及有无铁芯决定的,与有无电流、电流变化情况都没有关系,故B、C错误,D正确;自感电动势的大小除了与自感系数有关,还与电流的变化率有关,故A错误。
【问题引领】
知识点三
自感现象的应用——日光灯
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哪个
提示:图A正确。
【归纳提升】
1.启动器的工作原理
启动器是一个充有氖气的小玻璃泡,玻璃泡内的构造如图所示。玻璃泡内装有两个金属片,一个是固定不动的静触片,另一个是由双金属片制成的U形动触片,动、静触片之间留有小缝隙,形成两个电极。
启动器的主要作用是在开关闭合后,利用氖管的辉光放电,通过动、静触片的接通和断开过程,使镇流器产生瞬时高电压。
2.镇流器的工作原理
镇流器是一个带铁芯的线圈,其自感系数很大。镇流器在日光灯启动阶段和正常发光阶段,起着不同的作用,具体表现为:
(1)在灯管启动时,镇流器能够产生一个高出电源电压很多的瞬时电压,使日光灯内的气体导电,而被点亮。
(2)在日光灯启动后,因为日光灯的电阻变得很小,只允许通过不大的电流,否则就会将灯管烧坏。这时加在灯管两端的电压低于电源电压,此要求也是通过镇流器来实现的,镇流器起降压限流作用。
【典型例题】
【例题3】 若将图(a)中的启动器换为开关S1,并给镇流器并联一个开关S2,如图(b)所示,则下列叙述正确的是(　　)
C
(a)
(b)
A.只把S3接通,日光灯就能正常发光
B.把S3、S1接通后,S2不接通,日光灯就能正常发光
C.S2不接通,接通S3、S1后,再断开S1,日光灯就能正常发光
D.当日光灯正常发光后,再接通S2,日光灯仍能正常发光
解析:一般日光灯启动的瞬间把电源、灯丝、镇流器、启动器接通,然后启动器自动断开,靠镇流器产生瞬时高压,使灯管内气体导电,所以启动时既要使题图(b)中S3闭合,又需使S1瞬间闭合再断开,A、B错误,C正确。正常工作时镇流器起降压限流作用,若把题图(b)中S2闭合,则镇流器失去作用,日光灯不能正常工作,D错误。
【变式训练3】 家用日光灯电路如图所示,S为启动器,A为灯管,L为镇流器。关于日光灯的工作原理,下列说法正确的是(　　)
A.镇流器的作用是将交流电变为直流电
B.在日光灯正常发光时,启动器中的两个触片是分开的
C.日光灯发出的光是电流加热灯丝发出的
D.日光灯发出的光是汞原子受到激发后直接辐射的
B
解析:镇流器在启动时产生瞬时高压,在正常工作时起降压限流作用,故A错误。电路接通后,启动器中的氖气停止放电(启动器分压少、辉光放电无法进行,不工作),U形动触片冷却收缩,两个触片分离,B正确。灯丝受热时发射出来的大量电子,在灯管两端高电压作用下,以极大的速度由低电势端向高电势端运动,在加速运动的过程中,碰撞管内气体(通常是氩气)分子,使之迅速电离,在紫外线的激发下,管壁上的荧光粉发出近乎白色的可见光,故C、D错误。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(自感现象的理解)关于自感现象,下列说法正确的是(　　)
A.自感电动势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
D
解析:当电流增大时,自感电动势的方向与原来的电流反向,当电流减小时,自感电动势的方向与原来的电流同向,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的本身因素,与电流变化快慢无关,故选项C错误。
2.(自感现象的分析)(多选)如图所示,带铁芯的电感线圈的电阻与电阻器R的阻值相同,A1、A2是两个完全相同的电流表,则下列说法正确的是(　　)
A.闭合S瞬间,电流表A1的示数小于A2的示数
B.闭合S瞬间,电流表A1的示数等于A2的示数
C.断开S瞬间,电流表A1的示数大于A2的示数
D.断开S瞬间,电流表A1的示数等于A2的示数
AD
解析:开关S闭合瞬间,线圈L中产生自感电动势阻碍电流增大,所以此时通过电流表A1的电流小于通过电流表A2的电流,A项正确;开关S断开瞬间,线圈L与A1、A2和R构成回路,线圈L中产生自感电动势,阻碍电流减小,所以通过A1、A2的电流也逐渐减小,但始终相等,D项正确。
3.(自感现象的图像)图中L是绕在铁芯上的线圈,它与电阻R、R0及开关和电池E构成闭合回路。开关S1和S2开始都处于断开状态。设在t=0时刻,闭合开关S1,经过一段时间,在t=t1时刻,再闭合开关S2,则能较准确地表示电阻R两端的电势差Uab随时间t变化的图线是(　　)
A
解析:闭合开关S1,线圈产生的自感电动势阻碍电流的变大,Uab逐渐变大;电流达到稳定后,再闭合开关S2,由于线圈的作用,原有电流慢慢变小,Uab也从原来的数值慢慢减小,A项正确。
4.(日光灯工作原理)(多选)图(a)为日光灯的电路图,图(b)为启动器结构图。下列说法正确的是(　　)
(b)
(a)
A.镇流器为日光灯的点亮提供瞬时高压
B.镇流器维持灯管两端有高于电源的电压,使灯管正常工作
C.灯管点亮发光后,启动器中两个触片是接触的
D.灯管点亮发光后,镇流器起降压限流作用,使灯管在较低的电压下工作
AD
解析:镇流器在启动时产生瞬时高压,故A正确;灯管点亮发光后,镇流器起降压限流作用,使灯管在较低的电压下工作,故B错误,D正确;灯管正常发光后,启动器不再工作,启动器中两个触片是分离的,故C错误。