课件32张PPT。第2章——楞次定律和自感现象第3讲 自 感目标定位
1.了解自感现象及自感现象产生的原因.
2.知道自感现象中的一个重要概念——自感系数，了解影响其大小的因素.
3.了解自感现象的利弊及其利用和防止.一、自感现象
1.实验与探究
(1)断电自感猛然亮一下逐渐熄灭立刻熄灭(2)通电自感逐渐变亮2.定义：由导体自身的 所产生的电磁感应现象叫自感现象.电流变化二、自感电动势
1.定义：由导体自身的 所产生的感应电动势叫自感电动势.
2.作用：总是 导体中原电流的变化，即总是起着推迟电流变化的作用，当电流增大时，自感电动势阻碍电流的 ；当电流减小时，自感电动势阻碍电流的 .电流变化阻碍增大减小三、自感系数
1.物理意义：描述线圈本身特性的物理量，简称 或 .
2.影响因素：线圈的 、横截面积、长短、匝数、有无铁芯.线圈越粗、越长，匝数越多，其自感系数就 ；有铁芯时线圈的自感系数比没铁芯时 .
3.单位：亨利，简称亨，符号是H.常用的较小单位有 和 .
1 mH＝ H,1 μH＝ H.自感电感形状越大大得多mHμH10－310－6一、对通电自感现象的分析1.通电瞬间通过线圈的电流增大，自感电动势的方向与原电流方向相反，阻碍电流的增加，但不能阻止增加.
2.通电瞬间自感线圈处相当于断路；电流稳定时，自感线圈相当于导体.
3.与线圈串联的灯泡在通电后会逐渐变亮，直到稳定.例1 如图1所示，灯A、B完全相同，带铁芯的线圈L的电阻可忽略，则( )
A．S闭合的瞬间，A、B同时发光，
接着A变暗，B更亮，最后A熄灭
B．S闭合瞬间，A不亮，B立即亮
C．S闭合瞬间，A、B都不立即亮
D．稳定后再断开S的瞬间，B熄灭，A闪亮一下再熄灭
图1解析 S接通的瞬间，L所在支路中电流从无到有发生变化，因此，L中产生的自感电动势阻碍电流增加。由于有铁芯，自感系数较大，对电流的阻碍作用也就很强，所以S接通的瞬间L中的电流非常小，即干路中的电流几乎全部流过A，所以A、B会同时亮；又由于L中电流逐渐稳定，感应电动势逐渐消失，A逐渐变暗，线圈的电阻可忽略，对A起到“短路”作用，因此A最后熄灭．这个过程电路的总电阻比刚接通时小，由恒定电流知识可知，B会比以前更亮．稳定后S断开瞬间，由于线圈的电流较大，L与A组成回路，A要闪亮一下再熄灭，B立即熄灭．
答案 AD二、对断电自感现象的分析
1.断电时自感线圈处相当于电源.
2.断电时灯泡会不会闪亮一下再熄灭取决于通过灯泡前后电流大小的关系.若断电前，自感线圈电流大小IL大于灯泡的电流ID则灯泡会闪亮一下再熄灭；若断电前，自感线圈中的电流IL小于灯泡中的电流ID则灯泡不会出现闪亮，而是逐渐熄灭.
3.要注意断电前后通过灯泡的电流方向可能变化.例2 如图2(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，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则( )
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，然后渐渐变暗图2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，但流过灯泡A的电流仍逐渐减小，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先变得更亮，然后渐渐变暗.故A、D正确.
答案 AD针对训练 如图3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t＝0时刻闭合开关S，
经过一段时间后，在t＝t1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3解析 在t＝0时刻闭合开关S，由于电感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，电源输出电流较大，路端电压较低.在t＝t1时刻断开S，电感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.
答案 B三、对自感电动势及自感系数的理解
1.对自感电动势的理解
(1)自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化，可概括为“增反减同”.
2.对自感系数的理解
(1)自感系数的大小由线圈本身的特性决定，线圈越长，单位长度的匝数越多，横截面积越大，自感系数越大.
(2)自感系数与E、ΔI、Δt等均无关系.例3 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.
答案 D四、电磁阻尼、电磁驱动
闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应电流时，导体在磁场中要受到安培力的作用，根据楞次定律，安培力总是阻碍导体的运动，于是产生电磁阻尼.
电磁阻尼是一种十分普遍的物理现象，任何在磁场中运动的导体，只要给感应电流提供回路，就会存在电磁阻尼作用.例4 位于光滑水平面的小车上放置一螺线管，一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线水平穿过，如图4所示，在此过程中( )
A．磁铁做匀速直线运动 B．磁铁做减速运动
C．小车向右做加速运动 D．小车先加速后减速图4解析 磁铁水平穿入螺线管时，管中将产生感应电流，由楞次定律知螺线管左端相当于S极，与磁铁S极相斥，阻碍磁铁的运动．同理，磁铁穿出时，由楞次定律知螺线管右端为S极，与磁铁的N极相吸，阻碍磁铁的运动，故整个过程中，磁铁做减速运动，B正确；而对于小车上螺线管来说，在此过程中，螺线管会产生感应电流，从而使螺线管受到的安培力都是水平向右，这个安培力使小车向右运动起来，且一直做加速运动，C正确．
答案 BC对通、断电自感现象的分析
1.如图5所示的电路中A1和A2是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其阻值与电阻R相同.在开关S接通和断开时，灯泡A1和A2亮暗的顺序是( )
A.接通时A1先达最亮，断开时A1后灭
B.接通时A2先达最亮，断开时A1后灭
C.接通时A1先达最亮，断开时A1先灭
D.接通时A2先达最亮，断开时A2先灭图5解析 当开关S接通时，A1和A2同时亮，但由于自感现象的存在，流过线圈的电流由零变大时，线圈上产生自感电动势阻碍电流的增大，使通过线圈的电流从零开始慢慢增加，所以开始时电流几乎全部从A1通过，而该电流又将同时分两路通过A2和R，所以A1先达最亮，经过一段时间电路稳定后，A1和A2达到一样亮；
当开关S断开时，电源电流立即为零，因此A2立即熄灭，而对A1，由于通过线圈的电流突然减小，线圈中产生自感电动势阻碍电流的减小，使线圈L和A1组成的闭合电路中有感应电流，所以A1后灭.
答案 A对自感电动势的理解
2.关于线圈中自感电动势大小的说法中正确的是( )
A.电感一定时，电流变化越大，自感电动势越大
B.电感一定时，电流变化越快，自感电动势越大
C.通过线圈的电流为零的瞬间，自感电动势为零
D.通过线圈的电流为最大值的瞬间，自感电动势最大线圈中电流为零时，电流的变化率不一定为零，自感电动势不一定为零，故C错；
当通过线圈的电流最大时，电流的变化率为零，自感电动势为零，故D错.答案 B3.一个线圈中的电流均匀增大，这个线圈的( )
A.磁通量均匀增大
B.自感系数均匀增大
C.自感系数、自感电动势均匀增大
D.自感系数、自感电动势、磁通量都不变
解析 电流均匀增大时，线圈中磁感应强度均匀增大，所以磁通量均匀增大，而自感电动势取决于磁通量的变化率，所以自感电动势不变；自感系数取决于线圈本身的因素，也保持不变，只有选项A正确.A对电磁阻尼的理解
4.如图6所示，使一个铜盘绕其竖直的轴OO′转动，且假设摩擦等阻力不计，转动是匀速的。现把一个蹄形磁铁移近铜盘，则( )
A．铜盘转动将变慢
B．铜盘转动将变快
C．铜盘仍以原来的转速转动
D．铜盘转动速度是否变化，要根据
磁铁的上、下两端的极性来决定图6解析 当一个蹄形磁铁移近铜盘时，铜盘转动切割磁感线，产生感应电流，由楞次定律可知感应电流所受的安培力阻碍其相对运动，所以铜盘转动将变慢．本题也可以从能量守恒的角度去分析，因为铜盘转动切割磁感线，产生感应电流，铜盘的机械能不断转化成电能，铜盘转动会逐渐变慢．选项A正确．
答案 A
一、选择题
1．关于自感现象，下列说法中正确的是( )
A．自感现象是线圈自身的电流变化而引起的电磁感应现象
B．自感电动势总是阻止原电流的变化
C．自感电动势的方向总是与原电流方向相反
D．自感电动势的方向总是与原电流方向相同
解析：选A.根据自感的定义，A正确，B错误；选项C、D把阻碍电流变化理解错了，其实自感电动势与原电流方向可以相同，也可以相反．根据阻碍含义，若原电流增大，自感电动势就阻碍增大，与原电流方向相反；若原电流减小，自感电动势就阻碍减小，与原电流方向相同，故C、D错误．
2.在制作精密电阻时，为了消除使用过程中由于电流的变化而引起的自感现象，采用双线并绕的方法，如图所示，其道理是( )
A．当电路中的电流变化时，两股导线产生的自感电动势相互抵消
B．当电路中的电流变化时，两股导线产生的感应电流相互抵消
C．当电路中的电流变化时，两股导线中原电流的磁通量相互抵消
D．以上说法都不对
解析：选C.由于采用双线并绕的方法，当电流通过时，两段导线中的电流方向是相反的，不管电流怎样变化，任何时刻两段导线中的电流总是等大反向的，所产生的磁通量也是等大反向的，故总磁通量等于零，在该线圈中不会产生自感现象，因此消除了自感．故正确答案为C.
3．(多选)某线圈通有如图所示的电流，则线圈中自感电动势改变方向的时刻有( )
A．第1 s末 B．第2 s末
C．第3 s末 D．第4 s末
解析：选B D．在自感现象中当原电流减小时，自感电动势与原电流的方向相同，当原电流增加时，自感电动势与原电流方向相反．在图象中0～1 s时间内原电流正方向减小，所以自感电动势的方向是正方向，在1～2 s时间内原电流负方向增加，所以自感电动势与其反方向相反，即沿正方向；同理分析2～3 s、3～4 s时间内的情况可得答案为B、D．
4.如图所示，L为自感系数较大的线圈，电路稳定后小灯泡正常发光，当断开电路的瞬间会有( )
A．灯泡立刻熄灭
B．灯泡慢慢熄灭
C．闪亮一下后再慢慢熄灭
D．闪亮一下后突然熄灭
解析：选A.当电路断开时，由于通过线圈的电流从有到零，线圈将产生自感电动势，但由于线圈与灯泡不能构成闭合回路，因此灯泡立刻熄灭．
5．如图所示电路，A1、A2均为零刻度在中央的电流表．L是一带铁芯的线圈，R为电阻．两条支路的直流电阻相等．那么在接通和断开电键的瞬间，两电流表的读数I1、I2的大小关系是( )
A．接通时I1I2
B．接通时I2C．接通时I1>I2，断开时I1D．接通时I1＝I2，断开时I1解析：选B．接通时，L的自感作用阻碍L所在支路电流的增加，I1>I2；断开时，由于L的自感作用，在L、R组成的临时回路中，I1＝I2，B正确．
6．如图所示，电流表A和电压表V均为理想电表，电压表量程为20 V，电流表量程为15 A，线圈的自感系数足够大，不计线圈直流电阻及电源内阻，电源电动势为12 V，电阻R＝1 Ω，则下列说法中正确的是( )
A．合上S瞬间，电压表读数最大，其值为12 V
B．电路稳定后，电流表读数最大，其值为12 A
C．断开S瞬间，电流表和电压表的示数都立即减为0
D．在断开S时，为了避免不必要的损失，应在断开前将电压表取下，并将S放入耐高压的绝缘油中
解析：选ABD．合上开关S瞬间，由于线圈产生自感电动势阻碍电流的增大，流过线圈的电流为零，即线圈处相当于断路，电压表读数为12 V；电流稳定后，线圈两端电压为零，电压表读数为零，A、B正确．断开瞬间，电流表读数瞬间为零，但线圈与电压表构成回路，线圈由于产生自感电动势，所以电压表仍有读数，C错误．断开S时，由于线圈产生的自感电动势较大，为保护电压表，应先将电压表取下，为避免S出现电火花，应将S放入绝缘油中，D正确．
7．如图所示，闭合电路中的螺线管可自由伸缩，螺线管有一定的长度，这时灯泡具有一定的亮度，若将一软铁棒从螺线管左边插入螺线管时，则将看到( )
A．灯泡变暗 B．灯泡变亮
C．螺线管缩短 D．螺线管长度不变
解析：选A.软铁棒迅速插入的过程中，穿过螺线管的磁通量增加，螺线管产生电磁感应现象．根据楞次定律可知，感应电流的磁场将阻碍磁通量的增加，产生的感应电动势与原电动势方向相反，所以，电路中的总电动势减小，造成电流减小，故有灯泡变暗和螺线管伸长的现象发生．选项A正确．
8．如图所示，a、b、c为三个相同的灯泡，额定电压稍大于电源的电动势，电源内阻可以忽略．L是一个本身电阻可忽略的电感线圈．开关S闭合．现突然断开，已知在这一过程中灯泡都不会烧坏，则下列关于c灯的说法中正确的是( )
A．亮度保持不变
B．将闪亮一下，而后逐渐熄灭
C．将闪亮一下，而后逐渐恢复原来的亮度
D．将变暗一下，而后逐渐恢复原来的亮度
解析：选C.S断开前，L把a灯短路，加在c灯两端电压为电源电压，流过c灯电流是流过L电流的一半．当S断开的瞬间，L上的电流要减小，L上产生自感电动势阻碍电流的减小，所以开始时，通过c灯的电流是原来的2倍，c灯比原来亮得多，随后电流逐渐减小，达到稳定后，c灯两端的电压又等于电源电压，所以亮度跟原来的一样，C正确．
☆9.在生产实际中，有些高压直流电路中含有自感系数很大的线圈，当电路中的开关S由闭合到断开时，线圈会产生很高的自感电动势，使开关S处产生电弧，危及操作人员的人身安全．为了避免电弧的产生，可在线圈处并联一个元件，在下列设计的方案中可行的是( )
解析：选D．断开开关S，A图由于电容器充电，开关S处仍将产生电弧；B、C图闭合开关S时，电路发生短路；而D图是利用二极管的单向导电性使线圈短路，可避免开关S处电弧的产生．
☆10.在如图所示的电路中，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，调整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，正确反映流过L1的电流i1、流过L2的电流i2随时间t的变化的图象是( )
解析：选B．闭合开关S后，调整R，使两个灯泡L1、L2发光的亮度一样，电流为I，说明RL＝R.若t′时刻再闭合S，流过电感线圈L和灯泡L1的电流迅速增大，使电感线圈L产生自感电动势，阻碍了流过L1的电流i1增大，直至达到电流为I，故A错误，B正确；而对于t′时刻再闭合S，流过灯泡L2的电流i2立即达到电流为I，故C、D错误．
二、非选择题
11.如图是演示断电自感现象的实验装置，L是一个自感线圈，D是小灯泡，合上S后小灯泡能正常发光．突然断开S时，通过小灯泡的电流方向是从________到________，此时由________对小灯泡供电．
解析：S断开后，L自感给小灯泡供电．电流由b到a通过小灯泡 D．
答案：b a L
☆12.如图所示的电路中，电源电动势E＝6 V，内阻不计，A1和A2是两个相同的小灯泡，都标有“6 V,0.3 A”，L是一个自感系数很大的线圈，其直流电阻与R相同，均为20 Ω.试分析：在开关S接通和断开瞬间，通过灯泡A1和A2的电流大小及两灯亮度的变化．
解析：(1)开关S接通瞬间，A1、A2同时亮，IA1＝IA2＋IR，RA1＝RA2＝20 Ω，IA1＝0.2 A，IA2＝0.1 A，所以A1比A2亮．稳定后IA1＝IA2＝0.15 A，A1、A2亮度相同．
(2)开关S断开瞬间，IA1＝0.15 A，IA2＝0，即A2立即熄灭，A1的电流由0.15 A逐渐减小到零，所以A1后熄灭．
答案：S接通瞬间，A1、A2同时亮，IA1＝2IA2＝0.2 A，A1比A2亮
S断开瞬间，IA1＝0.15 A，IA2＝0，A2立即熄灭，A1逐渐熄灭
