第六节 自感现象及其应用
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.理解自感现象，把握自感现象的特点，能正确分析两类自感现象．(重点)
2．知道日光灯的结构和工作原理．(重点)
3．断电自感灯泡闪亮原因的分析判断．(难点)
自 感 现 象 与 自 感 系 数
1．自感现象：当线圈中的电流发生变化时，线圈本身产生感应电动势，阻碍原来电流变化的现象．
2．通电自感和断电自感
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A1较慢的亮起来
阻碍电流的增加
断电
自感
断开开关的瞬间，灯泡A逐渐变暗
阻碍电流的减小
3.自感电动势
在自感现象中产生的感应电动势．
4．自感系数
(1)定义：描述通电线圈自身特性的物理量，又称自感或电感．
(2)物理意义：表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量．
(3)大小的决定因素：与线圈的大小、形状、圈数以及有无铁芯等因素有关．
(4)单位：国际单位是亨利，简称亨，符号是H，常用的还有毫亨(mH)和微亨(μH)，1 H＝103 mH＝106 μH.
1．自感现象是由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象．(√)
2．线圈中自感电动势的方向总与引起自感的原电流的方向相反．(×)
3．线圈中自感电动势的大小与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关．(√)
大城市的无轨电车在行驶的过程中，由于车身颠簸，有可能使车顶上的电弓瞬间脱离电网线，这时可以看到电火花闪现．试说明产生电火花的原因是什么？
【提示】 电弓脱离电网线的瞬间电流减小，所产生的自感电动势很大，在电弓与电网线的空隙产生电火花．
如图1-6-1所示，A1、A2是规格完全一样的灯泡，①S闭合时，发现A1比A2亮得晚；②S断开时，两灯泡都亮一会再熄灭．
图1-6-1
探讨1：为什么会出现上述①中的现象？
【提示】 开关闭合时，电流从0开始增加，线圈L中的磁通量发生变化形成感应电流，阻碍线圈中电流的增加，推迟了电流达到正常值的时间，故A1比A2亮得晚．
探讨2：断开时为什么出现②中的现象？
【提示】 S断开时，电流开始减小，线圈中磁通量也发生变化，同样推迟电流的减小时间，此时L相当于电源，回路中的A1、A2都亮一会再熄灭．
探讨3：①②两种现象中，流过A1、A2的电流方向一样吗？
【提示】 不一样，A1中电流方向不变，A2中电流方向相反．
灯泡亮度的变化分析
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
电路中稳态电流为I1、I2
①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗
②若I2>I1，灯炮闪亮后逐渐变暗
两种情况灯泡电流方向均改变
1．(多选)如图1-6-2所示，灯LA、LB完全相同，带铁芯的线圈L的电阻可忽略．则( )
图1-6-2
A．S闭合的瞬间，LA、LB同时发光，接着LA熄灭，LB更亮
B．S闭合的瞬间，LA不亮，LB立即亮
C．S闭合的瞬间，LA、LB都不立即亮
D．稳定后断开S的瞬间，LB立即熄灭，LA先亮一下再熄灭
【解析】 S接通的瞬间，L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大．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LA，故LA、LB会同时亮．又由于L中电流很快稳定，感应电动势很快消失，对LA起到“短路”作用，因此，LA便熄灭．这时电路的总电阻比刚接通时小，由恒定电流知识可知LB会比以前更亮，故选项A正确．断开S的瞬间，线圈L产生自感电动势，在L、LA回路中产生自感电流，所以LA先亮一下再熄灭；LB在S断开的瞬间处于断路状态，电流立即变为零，所以LB立即熄灭．
【答案】 AD
2．(多选)如图1-6-3所示，电路甲、乙中电阻R和自感线圈L的电阻都很小．接通开关S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则( )
甲 乙
图1-6-3
A．在电路甲中，断开S，A将渐渐变暗
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将渐渐变暗
D．在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
【解析】 甲图中，灯泡A与线圈L在同一支路，通过它们的电流相同，IA＝IL；断开开关S时，A、L、R组成回路；由于自感作用，回路中电流由IL逐渐减小，灯泡A不会闪亮，将逐渐变暗，故A正确；乙图中，电路稳定时，通过上支路的电流IL>IA(因L的电阻很小)；断开开关S时，由于L的自感作用，回路中的自感电流在IL的基础上减小，电流反向，通过灯泡A的瞬间，灯泡A中电流变大，然后逐渐变小，所以灯泡A闪亮一下，然后逐渐变暗，故D正确．
【答案】 AD
自感电动势的作用
(1)在通电自感现象中，线圈L相当于阻值逐渐减小的“电阻”；在断电自感现象中，线圈L相当于电动势逐渐减小的“电源”．
(2)在断电自感中要判断某一个小灯泡是否会闪亮一下再熄灭，一是看是否能组成临时回路；二是看此时通过小灯泡的电流比断开前大还是小．
日 光 灯
1．主要组成
灯管、镇流器和启动器．
2．灯管
(1)工作原理：管中气体导电时发出紫外线，荧光粉受其照射时发出可见光．可见光的颜色由荧光粉的种类决定．
(2)气体导电的特点：灯管两端的电压达到一定值时，气体才能导电；而要在灯管中维持一定大小的电流，所需的电压却很低．
3．镇流器的作用
日光灯启动时，提供高压；日光灯启动后，降压限流．
4．启动器
启动器的作用：通断电路．
1．日光灯使用的是稳恒电流．(×)
2．日光灯正常发光后，启动器就不起什么作用了．(√)
3．镇流器只起升压作用．(×)
日光灯灯管两端的电极是相通的吗？
【提示】 不是．灯管两端有电极，中间有水银蒸气．
在如图1-6-4所示的日光灯原理图中：
图1-6-4
探讨1：开关刚合上时，220 V电压加在什么元件上？
【提示】 启动器
探讨2：镇流器在日光灯点燃瞬间的作用是什么？
【提示】 提供瞬时高压
日光灯工作的三个阶段
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，由于通过镇流器的电流急剧减小，会产生很大的自感电动势，方向与原来的电压方向相同，自感电动势与电源电压一起加在灯管两端，形成一个瞬时高电压，使灯管中的气体击穿，于是日光灯开始发光．
3．日光灯正常发光后，由于交变电流通过镇流器线圈，线圈中会产生自感电动势，它总是阻碍电流变化，镇流器起降压限流的作用，保证日光灯正常发光．
3．如选项图所示，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．当动、静触片分离后，选项B中灯管和电源断开，选项B错误；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、右两端分别被短接，无法预热放出电子，不能使灯管气体导电，选项D错误．只有A项满足发光条件．
【答案】 A
4．(多选)下列关于日光灯的说法正确的是( )
A．启动器触片接通时，镇流器产生瞬时高压
B．工作时，镇流器降压、限流，保证日光灯管正常发光
C．工作时，镇流器使日光灯管的电压稳定在220 V
D．正常工作和不工作时，双金属片的状态相同
【解析】 启动器接通后再断开时，镇流器产生瞬时高压，而不是接通时产生高压，故A错；日光灯正常工作时，因交流电通过镇流器产生自感电动势，起降压、限流作用，故B正确；保证日光灯管正常工作，此时有电流通过日光灯管，灯管两端电压小于220 V，故C错；启动器在启动时，相当于自动开关的作用，启动后双金属片恢复原状，故D正确．
【答案】 BD
5．(多选)启动器由电容器和氖管两大部分组成，其中氖管中充有氖气，内部有静触片和U形动触片．通常动、静触片不接触，有一个小缝隙，则下列说法中正确的是( )
A．当电源的电压加在启动器两极时，氖气放电并产生热量，导致U形动触片受热膨胀
B．当电源的电压加在启动器两极后，启动器的两个触片才接触，使电路有电流通过
C．电源的电压加在启动器两极前，启动器的两个触片就接触着，电路就已经有电流通过
D．当电路接通后，两个触片冷却，两个触片重新分离
【解析】 依据日光灯的工作原理可知，电源把电压加在启动器的两极之间，使氖气放电而发出辉光，辉光产生热量使U形动触片膨胀伸长，跟静触片接触把电路接通．电路接通后，启动器的氖气停止放电，U形动触片冷却收缩，两个触片分开，电路自动断开．
【答案】 ABD
镇流器作用的两点说明
(1)日光灯管在启动时需要500～700 V的瞬时高压，这个高压是由镇流器产生的自感电动势与电源电压叠加后产生的．
(2)当灯管正常发光后，它的电阻变得很小，允许通过较小的电流，需要加在它两端的电压变小，镇流器这时又起到给灯管降压限流的作用．
第6节 自感现象及其应用
本节教材分析
三维目标
1.知识与技能
（1）知道什么是自感现象和自感电动势。
（2）知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量。
（3）知道影响自感系数的因素。
（4）知道日光灯的基本原理和结构。
2.过程与方法
（1）观察自感现象，认识实验在物理学研究中的作用。
（2）通过自感电动势大小的探究，加深对控制变量法的认识。
（3）经过日光灯工作原理的探究过程，尝试用科学探究方法研究物理问题。
3.情感态度与价值观
（1）通过自感现象与决定自感电动势大小的因素的探究活动，培养学生参与科学探究活动的热情和实事求是的科学态度。
（2）了解自感现象的实际应用，体会物理学对经济、社会发展的推动作用。
教学重点
由现象入手，分析产生现象的原因，找出基本规律，将所学的知识、规律应用到实际问题中。
教学难点
分析自感现象产生的原因及日光灯原理。
教学建议
自感现象是一种特殊的电磁感应现象，教材通过实验探究，使学生明白自感现象的规律都符合电磁感应现象的一般规律，导体本身的电流变化，引起磁通量变化，这是产生自感现象的原因；而根据楞次定律，自感电动势的作用是阻碍电流变化。
然后教材通过讨论与交流，利用类比，电磁感应产生的感应电动势与磁通量的变化率成正比，那么自感电动势于什么有关？能启迪学生思考，然后通过实验探究，要让学生自己动手，并把实验现象观察结果填写在表格中，从而引出自感系数。
日光灯是常用的设备，课本先介绍了日光灯的结构和发光特点，然后通过“观察与思考”栏目，让学生搞清楚日光灯的工作原理，并总结镇流器所起的作用。并在书末简单提出了电子镇流器及新型灯具，引导学生进一步收集资料、自行探究。
新课导入设计
导入一
引 入
（1）发生电磁感应现象、产生感应电动势的条件是什么？怎样得到这种条件？
（2）如果通过线圈本身的电流有变化，使它里面的磁通量改变，能不能产生电动势？
▲ 学生猜想
导入二
复习引入
师：上节课提到了几种不同形式的电磁感应现象，你们认为引起电磁感应现象最重要的条件是什么？
☆生：穿过电路的磁通量发生变化
师：对！不论采用什么方式，只要能使穿过电路的磁通量发生变化，均能引起电磁感应现象。我们平常用的日光灯启动时需要的电压是三百多伏，但是居民用电的电压是220伏，为什么日光灯能启动呢？
课件30张PPT。
第一章
电磁感应第六节 自感现象及其应用学习目标
1.了解自感现象及其应用.
2.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.
3.了解自感系数的决定因素.
4.了解日光灯的发光原理．内容索引
知识探究
题型探究
达标检测
知识探究1一、自感现象(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？灯泡L2立即发光，灯泡L1逐渐亮起来． 答案图1(2)断电自感：如图2所示，先闭合开关使灯泡发光，然后断开开关，两灯泡的发光情况有什么不同？L2立即熄灭，L1闪亮一下，再逐渐熄灭． 答案图2自感现象及自感电动势的定义和特点
(1)定义：由于线圈本身的 发生变化而产生的电磁感应现象．在______现象中产生的感应电动势叫自感电动势．
(2)自感电动势的大小：跟穿过线圈的磁通量 有关，还跟___________有关．
(3)自感系数的决定因素：由线圈本身性质决定，与线圈的长短、形状、______，以及是否有 等因素有关，与E、ΔI、Δt等无关．单位：______，符号 .自感电流变化快慢自感系数铁芯匝数亨利H判断下列说法的正误．
(1)在实际电路中，自感现象有害而无益．( )
(2)只要电路中有线圈，自感现象就会存在．( )
(3)发生断电自感时，因为断开电源之后电路中还有电流，所以不符合能量守恒定律．( )
(4)线圈中的电流变化越快，自感现象越明显．( )√×××二、日光灯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(如图3为日光灯的结构)应用了哪种自感现象？启动器在日光灯电路中的作用是什么？ 答案图3断电自感 自动开关1.灯管：在高压激发下，两灯丝间的气体 ，发出紫外线，管壁上的荧光粉在 照射下发出可见光.
2.启动器：在开关闭合后，氖气放电发出辉光，辉光产生热量使动触片___________，与静触片 之后，辉光放电消失，动触片降温恢复原状，与静触片 ，电路 .
3.镇流器：启动时产生_____________使灯管发光，正常发光时，起着___________的作用.降压限流导电紫外线膨胀变形接触分离断开瞬时高电压判断下列说法的正误.
(1)没有启动器，在安启动器的位置，可以用一根导线，通过瞬时接通、断开的方式，使日光灯点亮.( )
(2)日光灯点亮后，启动器就没有作用了.( )
(3)在日光灯正常工作中，镇流器只会消耗电能，没有作用.( )
(4)日光灯正常工作的电压高于220 V.( )××√√
2题型探究一、自感现象的分析例1 如图4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
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闪亮后才慢慢熄灭图4答案解析√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，A、B错误.
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，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IA开始减小，故LA慢慢熄灭，LB闪亮后才慢慢熄灭，C错误，D正确.自感线圈对电流的变化有阻碍作用，具体表现为：
(1)通电瞬间自感线圈处相当于断路.
(2)断电时，自感线圈相当于电源，其电流由原值逐渐减小，不会发生突变(必须有闭合回路).
(3)电流稳定时自感线圈相当于导体，若其直流电阻忽略不计，则相当于导线.针对训练 (多选) 如图5所示，L为一纯电感线圈(即电阻为零)，LA是一灯泡，下列说法正确的是
A.开关S闭合瞬间，无电流通过灯泡
B.开关S闭合后，电路稳定时，无电流通过灯泡
C.开关S断开瞬间，无电流通过灯泡
D.开关S闭合瞬间，灯泡中有从a到b的电流，而在
开关S断开瞬间，灯泡中有从b到a的电流答案解析图5√√开关S闭合瞬间，灯泡中的电流从a到b，A错误；
线圈由于自感作用，通过它的电流逐渐增加，开关S接通后，电路稳定时，纯电感线圈对电流无阻碍作用，将灯泡短路，灯泡中无电流通过，B正确；
开关S断开的瞬间，由于线圈的自感作用，线圈中原有向右的电流将逐渐减小，线圈与灯泡形成回路，故灯泡中有从b到a的瞬间电流，C错误，D正确.二、自感现象的图象问题例2 如图6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变化关系的图象是答案解析图6√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.1.断电时，自感线圈处电流由原值逐渐减小，不能发生突变，而且电流方向也不变.
2.断电前后，无线圈的支路要注意电流方向是否变化.三、对日光灯的原理的理解例3 (多选)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.
达标检测31.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√答案解析1234当电流增大时，感应电流的方向与原来的电流方向相反，当电流减小时，感应电流的方向与原来的电流方向相同，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及有无铁芯，与电流变化情况无关，故选项C错误.12342.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答案解析1234√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；
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.1234C.G1指针缓慢地回到零点，而G2指针先立即偏向左方，然后缓慢地回
到零点
D.G2指针缓慢地回到零点，而G1指针先立即偏向左方，然后缓慢地回
到零点 3.在如图7所示的电路中，L为电阻很小的线圈，G1和G2为零刻度在表盘中央的两相同的电流表.当开关S闭合时，电流表G1、G2的指针都偏向右方，那么当断开开关S时，将出现的现象是
A.G1和G2指针都立即回到零点
B.G1指针立即回到零点，而G2指针缓慢地回到零点图71234√答案解析1234根据题意，电流方向自右向左时，电流表指针向右偏，那么，电流方向自左向右时，电流表指针应向左偏.当开关S断开的瞬间，G1中原电流立即消失，而对于G2所在支路，由于线圈L的自感作用，阻碍电流不能立即消失，自感电流沿L、G2、G1的方向，在由它们组成的闭合回路中继续维持一段时间，即G2中的电流按原方向自右向左逐渐减为零，此时G1中的电流和原电流方向相反，变为自左向右，且与G2中的电流同时缓慢减为零，故选项D正确.4.在如图8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1234图8√
