2012【优化方案】精品课件：物理粤教选修3-2第一章第六节

(共42张PPT)
第六节 自感现象及其应用
课标定位
学习目标：
1.能够通过电磁感应的有关规律分析自感现象．
2.了解影响自感电动势大小的因素，知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量．
3.了解自感现象，知道日光灯的构造及工作原理．
重点难点：
1.自感现象的原理．
2.日光灯的工作原理．
第六节
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
课前自主学案
课标定位
课前自主学案
一、自感现象
1．自感：由于线圈本身的_____发生变化而产生的电磁感应现象，叫做自感现象．
2．实验探究
(1)实验一：通电自感实验
电流
①实验装置
在图1－6－1所示的通电自感电路中，两灯泡L1、L2的规格完全相同．根据灯泡L1、L2的亮度调节滑动变阻器R的电阻和线圈L的电阻相同，即：R＝RL.这样两并联支路的电阻就完全相同．
图1－6－1
②实验现象
在通电瞬间，与滑动变阻器R串联的灯泡L2_________，而与线圈串联的灯泡L1则_________ (即其正常发光比L2_____一段时间)，最后两灯泡都正常发光,亮度相同．
(2)实验二：断电自感实验
①实验装置
图1－6－2
逐渐变亮
滞后
立即变亮
在图1－6－2所示的断电自感电路中，线圈L的电阻较小(线圈中有恒定电流时电阻值较小)，目的是接通电路的灯泡正常发光时，通过线圈的电流IL大于通过灯泡的电流IL，即IL>IL.
②实验现象
闭合开关S接通电路，调节R使灯泡L正常发光，达到稳定后，突然断开S时，发现灯泡L先_____一下，过一会儿才熄灭．
闪亮
(3)实验分析：两个实验电路有一个共同特点，当闭合开关或断开开关时，通过线圈的电流发生了_____.由法拉第电磁感应定律可知，穿过线圈的磁通量发生了变化．线圈中产生___________.这个电动势总是_____导体中原来电流的变化．
3．自感电动势：在_________中产生的感应电动势叫自感电动势．
思考感悟：
互感现象和自感现象是否属于电磁感应现象，是否遵守楞次定律和法拉第电磁感应定律？
提示：两者都属于电磁感应现象，所以都遵守楞次定律和法拉第电磁感应定律．
变化
感应电动势
阻碍
自感现象
二、自感系数
1．影响自感电动势大小的因素
(1)穿过线圈的磁通量变化的_____.
(2)线圈本身的特性．
2．自感系数
自感系数是描述通电线圈________的物理量，简称为自感或电感，用L表示．
(1)大小：线圈的长度越___ ，线圈的截面积越___,单位长度上匝数越___ ，线圈的自感系数越大，有铁芯的线圈比无铁芯时自感系数___得多．
(2)单位：亨利(符号H)，1 H＝103 mH＝106 μH
快慢
自身特性
长
多
大
大
三、日光灯
1．日光灯的构造
(1)日光灯主要由灯管、 _______和_______组成，灯管的组成如图1－6－3所示．电路图如图1－6－4所示．
镇流器
启动器
图1－6－3
图1－6－4
(2)镇流器：镇流器是一个带铁芯的线圈，自感系数很大．日光灯点燃时，利用自感现象产生_________ ；日光灯正常发光时，利用自感现象,对灯管起到_________作用．
瞬时高压
降压限流
(3)启动器：启动器的构造如图1－6－5所示，可利用氖气的辉光放电使动、静触片接通．在日光灯电路中相当于一个自动开关．
图1－6－5
2．工作过程
(1)当开关闭合时，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．辉光产生的热量使U形动触片膨胀伸长，跟静触片接触而把电路接通，于是镇流器的线圈和灯管的灯丝中就有电流通过．电路接通后，启动器中的氖气停止电,U形动触片冷却收缩，两个触片分离，电路自动断开．流过镇流器的电流急剧减小，会产生很高的___________，方向与原来电压的方向_____，形成瞬时高压加在灯管两端，使灯管中的气体开始放电，于是日光灯管成为电流的通路开始发光．
自感电动势
相同
(2)日光灯正常发光时，由于使用的是交变电流，电流的大小和方向做周期性变化．当交流电的大小增大时，镇流器上的自感电动势_____原电流增大，自感电动势与原电压反向；当交流电的大小减小时,镇流器上的自感电动势_____原电流减小，自感电动势与原电压同向，可见镇流器的自感电动势总是阻碍电流的变化，镇流器就起_________的作用．
阻碍
阻碍
降压限流
核心要点突破
一、自感现象的理解
1．对自感现象的理解：自感现象是一种电磁感应现象，遵从法拉第电磁感应定律和楞次定律．
2．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，自感电动势方向与原电流方向相同(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，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．
3．对电感线圈阻碍作用的理解
(1)两种阻碍作用产生的原因不同
线圈对稳定电流的阻碍作用是由绕制线圈的导线的电阻决定的，对稳定电流阻碍作用的产生原因是金属对定向运动电子的阻碍作用，具体可用金属导电理论理解．
线圈对变化电流的阻碍作用是由线圈的自感现象引起的，当通过线圈中的电流变化时，穿过线圈的磁通量发生变化，产生自感电动势，根据楞次定律知，当线圈中的电流增加时，线圈中的自感电动势与原电流方向相反，阻碍电流的增加，
如图1－6－6甲所示．当线圈中的电流减小时，线圈中的自感电动势与原电流方向相同，阻碍电流减小(图乙)．
图1－6－6
(2)两种阻碍作用产生的效果不同
在通电线圈中，电流稳定值为E/RL，由此可知线圈的稳定态电阻决定了电流的稳定值．L越大，电流由零增大到稳定值I0的时间越长．也就是说，线圈对变化电流的阻碍作用越大，电流变化的越慢．总之，稳定态电阻决定了电流所能达到的稳定值，对变化电流的阻碍作用决定了要达到稳定值所需的时间．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1．(双选)如图1－6－7
图1－6－7
所示的电路中，电源电动势为E，内阻r不能忽略．R1和R2是两个定值电阻，L是一个自感系数较大的线圈．开关S原来是断开的，从闭合开关S到电路中电流达到稳定为止的时间内，通过R1的电流I1和通过R2的电流I2的变化情况是(　　)
A．I1开始较大而后逐渐变小
B．I1开始很小而后逐渐变大
C．I2开始很小而后逐渐变大
D．I2开始较大而后逐渐变小
解析：选AC.闭合开关S时，由于L是一个自感系数较大的线圈，产生反向的自感电动势阻碍电流的变化，所以开始I2很小，随着电流达到稳定，自感作用减小，I2开始逐渐变大．闭合开关S时，由于线圈阻碍作用很大，路端电压较大，随着自感作用减小，路端电压减小，所以R1上的电压逐渐减小，电流逐渐减小，故A、C正确．
二、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(增大还是减小)．
2．判断自感电动势方向，电流增强时(如通电)，自感电动势方向与电流方向相反；电流减小时(如断电)，自感电动势方向与电流方向相同．
3．分析线圈中电流变化情况，电流增强时(如通电)，由于自感电动势方向与原电流方向相反，阻碍增加，电流逐渐增大；电流减小时(如断电)，由于自感电动势方向与原电流方向相同，阻碍减小，线圈中电流方向不变，电流逐渐减小．
4．明确电路中元件与自感线圈的连接方式，若元件与自感线圈串联，元件中的电流与线圈中电流有相同的变化规律；若元件与自感线圈并联，元件上的电压与线圈上的电压有相同的变化规律；若元件与自感线圈构成临时回路，元件成为自感线圈的临时外电路，元件中的电流大小与线圈中电流大小有相同的变化规律．
5．分析阻碍的结果，具体见下表
与线圈串联的灯泡 与线圈并联的灯泡
电路图
与线圈串联的灯泡 与线圈并联的灯泡
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
电路中稳定电流为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．
两种情况灯泡电流方向均改变
特别提醒：电流减小时，自感线圈中电流大小一定小于原先所通电流大小，自感电动势可能大于原电源电动势．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2. (单选)如图1－6－8所示电路中，
图1－6－8
A，B是两个相同的灯泡，L是一个带铁芯的线圈，电阻可不计．调节R，电流稳定时两灯都正常发光，则在开关合上和断开时(　　)
A．两灯同时亮、同时熄灭
B．合上S时，B灯比A灯先到达正常发光状态
C．断开S时，A、B两灯都不会立即熄灭，通过A、B两灯的电流方向都与原电流方向相同
D．断开S时，A灯会突然闪亮一下后再熄灭
解析：选B.本题考查自感电动势的作用．合上S时,B灯立即正常发光，A灯支路中，由于L产生的自感电动势阻碍电流增大，A灯将推迟一些时间才能达到正常发光状态，A错误，B正确；断开S时，L中产生与原电流方向相同的自感电动势，由它作为电源对A、B两灯的回路供电，因此两灯都不会立即熄灭，此时流过A灯的电流与原电流同向，流过B灯的电流与原电流反向，C错误；断开S后，由L作为电源的供电电流是从原来稳定时通过L中的电流值逐渐减小的，因此A，B两灯只是延缓一些时间熄灭，并不会比原来更亮，D错误．
课堂互动讲练
自感现象的理解
(双选)如图1－6－9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(　　)
例1
图1－6－9
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
【精讲精析】　甲图中，灯泡A与线圈L在同一支路，通过的电流相同IA＝IL；断开开关S时，A、L、R组成回路，R上电流立即消失，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
【误区警示】　本题考查的是对断电自感的理解．在开关断开时，电感线圈的自感电动势要阻碍原电流的减小，此时电感线圈在电路中相当于一个电源，表现为两个方面：一是自感电动势所对应的电流方向与原电流方向一致；二是在断电瞬间，自感电动势所对应的电流大小与原电流的大小相等，以后电流开始缓慢减小到零．断开开关后，灯泡是否瞬间变得更亮，取决于当初两支路中电流大小关系．
对自感系数L的理解
(单选)关于线圈的自感系数，下列说法中正确的是(　　)
A．线圈中电流变化量越大，线圈的自感系数越大
B．线圈中电流变化得越快，线圈的自感系数越大
C．若线圈中通入恒定电流，线圈自感系数为零
D．不管电流如何变化，线圈的自感系数不变
例2
【思路点拨】　自感系数是表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量，只与线圈本身有关，与其它因素无关．
【精讲精析】　线圈的自感系数是由线圈本身的特性决定的，与线圈是否通电及电流的变化情况无关，正确答案为D.
【答案】　D
【方法总结】　线圈的自感系数是由线圈的结构决定的，要获得自感系数较大的线圈，应改变线圈的结构，比如增加线圈的横截面积、增加线圈的匝数、在线圈中放入铁芯等．
日光灯的工作原理
(单选)如图1－6－10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(　　)
例3
图1－6－10
【思路点拨】　判断本题时要把握启动器在日光灯启动时所起的作用；镇流器分别在日光灯启动和工作时所起的作用．
【自主解答】　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．
【答案】　A
变式训练　(双选)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
解析：选BC.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，它们的工作电流通路如图所示．
在启动阶段镇流器与启动器配合产生瞬间高压．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，而镇流器还要起降压限流作用，不能去掉，故选B、C.
知能优化训练
本部分内容讲解结束
点此进入课件目录
按ESC键退出全屏播放
谢谢使用