2022年高中物理第章楞次定律和自感现象第节自感教师用书鲁科版选修- .pdf

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1、1 第 2 节自感学 习 目 标知 识 脉 络1. 了解自感现象及其产生的原因，会分析自感现象 ( 难点 ) 2理解自感电动势在自感现象中的作用( 重点) 3理解自感系数由哪些因素决定，自感现象中的能量转化情况自 感 现 象自 感 电 动 势 先填空 1自感现象：由导体自身电流变化，所产生的电磁感应现象2自感电动势定义由导体自身电流变化所产生的感应电动势方向原电流增大时，与原电流相反，原电流减小时，与原电流相同作用阻碍自身电流发生变化大小ELIt，与电流变化率成正比 再判断 1自感现象属于电磁感应现象( )2当线圈中有电流时，线圈中就有自感电动势( )3当线圈中电流减小时，线圈中自感电动势的方

2、向与线圈中电流的方向相反( ) 后思考 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 合作探讨 如图 2-2-1 所示， A1、A2是规格完全一样的灯泡，S闭合时， 发现 A1比 A2亮得晚； S名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 11 页 - - - - - - - - - 2

3、 断开时，两灯泡都亮一会再熄灭图 2-2-1探讨 1：为什么会出现上述中的现象？【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：S断开时为什么出现中的现象？【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 3：两种现象中，流过A1、A2的电流方向一样吗？【提示】A1中电流方向不变，A2中电流方向相反 核心点击 在处理通断电灯泡亮度变化问题时，不能一味套用结论，如通电时逐渐变亮，断电时逐渐变暗，或闪

4、亮一下逐渐变暗，要具体问题具体分析，关键要搞清楚电路连接情况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若I2I1，灯泡逐渐变暗若I2I1，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 2-2-2 所示，灯 LA、 LB完全相同，带铁芯的线圈L的电阻可忽略 则( ) 图 2-2-2名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，

5、共 11 页 - - - - - - - - - 3 AS闭合的瞬间， LA、LB同时发光，接着LA熄灭， LB更亮BS闭合的瞬间， LA不亮， LB立即亮CS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

6、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熄灭【答案】AD 2( 多选 ) 如图 2-2-3 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 2-2-3A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，IAIL；断开开关 S时，A、L

7、、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ILIA( 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，线圈名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - -

8、 - 第 3 页，共 11 页 - - - - - - - - - 4 L相当于电动势逐渐减小的“电源”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自 感 系 数 先填空 自感系数物理意义表征产生自感电动势本领的大小大小决定因素线圈形状、横截面积、长短、匝数、铁芯等单位亨(H) 、毫亨 (mH)、微亨 ( H) 再判断 1线圈的自感系数大，其电阻一定大( )2不管电流如何变化，线圈的自感系数不变( )3产生的自感电动势较大，说明自感系数较大( ) 后思考 照明用电灯泡内，有螺旋状灯丝，且用的是交流电，开灯、关灯时，你发

9、现自感现象了吗？请给予解释【提示】照明用交流电，开、关灯时灯丝内电流会发生变化，会有自感现象发生，只是由于灯丝的自感系数太小，自感现象不明显，使我们并没有发现 合作探讨 探讨 1：线圈中电流变化越快，自感系数如何变化？【提示】不变探讨 2：把线圈中的铁芯抽出一些，自感系数如何变化？【提示】减小 核心点击 自感系数L线圈的自感系数是由线圈本身决定的，与是否通电及电流的大小无关具体地说， 是由线圈截面的粗细、 线圈的长短、 匝数的密集程度( 即单位长度的匝数) 以及线圈内部是否存在铁芯等因素共同决定的且线圈越长、匝数越多、越密、横截面积越大，以及有铁芯时，则线圈的自感系数就越大名师资料总结 - -

10、 -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 11 页 - - - - - - - - - 5 3( 多选 ) 通过一个线圈的电流在均匀增大时，这个线圈的( ) A自感系数也将均匀增大B自感电动势也将均匀增大C磁通量也将均匀增大D自感系数和自感电动势不变【解析】线圈的磁通量与电流大小有关，电流增大，磁通量增大，故C项正确；而自感系数由线圈本身决定，与电流大小无关；自感电动势ELLIt，与自感系数和电流变化率有关，对于给定的线圈，L一定，已知电流均匀增大，说明电流变化率恒定，故自感电动势不变

11、， D项正确【答案】CD 4下列单位关系不正确的是( ) A1 亨 1 欧秒B1 亨 1 伏安 / 秒C1 伏 1 韦/秒D1 伏 1 亨安 / 秒【解析】由ELIt知，LEtI，故 1 亨 1 伏秒 / 安，或 1 伏 1 亨安 / 秒，选项 B错误， D正确；又 1 伏1 安欧，故A正确；由Ent知，选项C也正确综上知，不正确的为B. 【答案】B 线圈自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定学业分层测评 ( 五) ( 建议用时： 45 分钟 ) 学业达标 1关于线圈的自感系数、自感电动势的下列说法中正确的是( ) A线圈中电流变化越大，线圈自感系数越大B对于某一线圈，自感电动势正比于电流的变

12、化量C一个线圈的电流均匀增大，这个线圈的自感系数、自感电动势都不变D自感电动势总与原电流方向相反【解析】线圈的自感系数L只由线圈本身的因素决定，选项 A错误 由E自LIt知，E自与It成正比，与 I无直接关系，选项B错误， C正确E自方向在电流增大时与原电流名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 11 页 - - - - - - - - - 6 方向相反，在电流减小时与原电流方向相同，选项D错误【答案】C 2( 多选 ) 下列说法正确的是( ) A当线圈中电流不变

13、时，线圈中没有自感电动势B当线圈中电流反向时，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相反C当线圈中电流增大时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反D当线圈中电流减小时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反【解析】由法拉第电磁感应定律可知，当线圈中电流不变时，不产生自感电动势，A对；当线圈中电流反向时，相当于电流先减小后反向增大，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相同，B错；当线圈中电流增大时，自感电动势阻碍电流的增大，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反，C对；当线圈中电流减小时，自感电动势阻碍电流的减小，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相同，D错【

14、答案】AC 3. 如图 2-2-4所示的是自感现象的实验装置，A是灯泡，L是带铁芯的线圈，E为电源，S是开关下述判断正确的是( ) 【导学号： 78870029】图 2-2-4AS接通的瞬间，L产生自感电动势，S接通后和断开瞬间L不产生自感电动势BS断开的瞬间L产生自感电动势，S接通瞬间和接通后L不产生自感电动势CS在接通或断开的瞬间L都产生自感电动势，S接通后L不再产生自感电动势DS在接通或断开瞬间以及S接通后，L一直产生自感电动势【解析】S断开和接通瞬间，通过线圈的电流都发生变化，都产生感应电动势，S接通后通过线圈的电流不再变化，没有感应电动势产生，故A、B、D错误， C正确【答案】C 4

15、( 多选 ) 某线圈通有如图2-2-5 所示的电流，则线圈中自感电动势改变方向的时刻有( ) 图 2-2-5名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 11 页 - - - - - - - - - 7 A第 1 s 末B第 2 s 末C第 3 s 末D第 4 s 末【解析】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；当原电流增大时， 自感电动势与原电流方向相反在 01s 内原电流沿正方向减小，所以自感电动势的方向是正方向；在 12s 内原电流沿负方向增

16、加，所以自感电动势与其方向相反，即沿正方向；同理分析23 s、34 s、45 s 内自感电动势的方向分别是沿负方向、负方向、正方向，可得正确答案为选项B 、 D. 【答案】BD 5. ( 多选 ) 如图 2-2-6 所示，E为电池组，L是自感线圈 ( 直流电阻不计 ) ，D1、D2是规格相同的小灯泡下列判断正确的是( ) 图 2-2-6A开关 S闭合时， D1先亮， D2后亮B闭合 S达稳定时， D1熄灭， D2比起初更亮C断开 S时， D1闪亮一下D断开 S时， D1、D2均不立即熄灭【解析】开关 S闭合时 D1，D2同时亮， 电流从无到有， 线圈阻碍电流的增加，A错闭合 S达稳定时 D1被

17、短路，电路中电阻减小，D2比起初更亮， B对断开S时，线圈阻碍电流减小，故D1会闪亮一下，而D2在 S断开后无法形成通路，会立即熄灭，所以C对， D错【答案】BC 6. 如图 2-2-7所示的电路中，两个相同的电流表G1和 G2，零点均在刻度盘的中央，当电流从“”接线柱流入时，指针向右摆；当电流从“”接线柱流入时，指针向左摆，在电路接通后再断开开关S的瞬间，下述说法中正确的是( ) 【导学号： 78870030】图 2-2-7名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共

18、 11 页 - - - - - - - - - 8 AG1指针向右摆， G2指针向左摆BG1指针向左摆， G2指针向右摆CG1、G2的指针都向右摆DG1、G2的指针都向左摆【解析】在电路接通后再断开开关S的瞬间， 由于线圈L中的原电流突然减小，线圈L中产生自感现象，线圈中的电流逐渐减小，电流流经L、G2、R、G1，方向顺时针，由于从表 G1的“”接线柱流入，表 G2的“”接线柱流入，因此 G1指针右偏， 表 G2的指针左偏，答案选 A. 【答案】A 7如图 2-2-8 所示，L是电阻不计的自感线圈，C是电容器，E为电源，在开关S闭合和断开时，关于电容器的带电情况，下列说法正确的是( ) 【导学

19、号： 78870031】图 2-2-8AS闭合瞬间，A板带正电，B板带负电BS保持闭合，A板带正电，B板带负电CS断开瞬间，A板带正电，B板带负电D由于线圈L的电阻不计，电容器被短路，上述三种情况下电容器均不带电【解析】S闭合瞬间， 通过L的电流增大，L产生的自感电动势的方向是由下指向上，使电容器充电，A板带正电，B板带负电， A项正确；S保持闭合时，L的电阻为零，电容器两极板被短路，不带电，B项错误； S断开瞬间，通过L的电流减小，自感电动势的方向由上指向下，在L、C组成的回路中给电容器充电，使B板带正电，A板带负电， C项错误综上 D项错误【答案】A 8. 如图 2-2-9所示，R1、R2

20、的阻值均为R，电感线圈L的电阻及电池内阻均可忽略不计，S原来断开，电路中电流I0E2R. 现将 S 闭合，于是电路中产生自感电动势，自感电动势的作用是 ( ) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 11 页 - - - - - - - - - 9 图 2-2-9A使电路的电流减小，最后由I0减小到零B有阻碍电流增大的作用，最后电流小于I0C有阻碍电流增大的作用，因而电流总保持不变D有阻碍电流增大的作用，但电流最后还是变为2I0【解析】当 S闭合时，电路中电阻减小

21、，电流增大，线圈的作用是阻碍电流的增大，选项 A 错误；阻碍电流增大，不是不让电流增大，而是让电流增大的速度减缓，选项B、C错误；最后达到稳定时，IER2I0，故选项 D正确【答案】D 能力提升 9( 多选 ) 如图 2-2-10 所示是研究自感通电实验的电路图，A1、A2是两个规格相同的小灯泡，闭合开关调节电阻R，使两个灯泡的亮度相同，调节可变电阻R1，使它们都正常发光，然后断开开关S. 重新闭合开关S，则 ( ) 图 2-2-10A闭合瞬间，A1立刻变亮， A2逐渐变亮B闭合瞬间，A2立刻变亮， A1逐渐变亮C稳定后，L和R两端电势差一定相同D稳定后， A1和 A2两端电势差不相同【解析】

22、闭合瞬间， A2立刻变亮， A1逐渐变亮，稳定后，两个灯泡的亮度相同，说明它们的电压相同，L和R两端电势差一定相同，选项B、C正确， A、D错误【答案】BC 10如图 2-2-11 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t0 时刻闭合开关S，经过一段时间后，在tt1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 2-2-11名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 11 页

23、- - - - - - - - - 10 【解析】S闭合时，由于自感L的作用，经过一段时间电流稳定时L电阻不计可见电路的外阻是从大变小的过程由U外R外R外rE可知U外也是从大变小的过程t1时刻断开S，由于自感在L、R、D构成的回路中电流从B向A且中间流过D ，所以t1时刻UAB反向，B正确【答案】B 11. 如图 2-2-12 所示，电源的电动势E15 V，内阻忽略不计R15 ，R215 ，电感线圈的电阻不计，求当开关S 接通的瞬间， S 接通达到稳定时及S 切断的瞬间流过R1的电流图 2-2-12【解析】开关 S 接通瞬间，流过线圈L的电流不能突变，所以流过R1的电流仍为0.达到稳定时，线圈

24、相当于导线，所以流过R1的电流为I1ER1155A3 A. 开关 S断开瞬间，流过线圈L的电流不能突变，所以流过R1的电流仍为3 A. 【答案】0 3 A 3 A 12. 如图 2- 2-13 所示为研究自感实验电路图，并用电流传感器显示出在t1103s 时断开开关前后一段时间内各时刻通过线圈L的电流 ( 如图 2-2-14) 已知电源电动势E6 V，内阻不计，灯泡R1的阻值为 6 ，电阻R的阻值为 2 . 求：图 2-2-13名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页

25、，共 11 页 - - - - - - - - - 11 图 2-2-14(1) 线圈的直流电阻RL是多少？(2) 开关断开时，该同学观察到什么现象？(3) 计算开关断开瞬间线圈产生的自感电动势【解析】由图象可知S闭合稳定时IL1.5 A RLEILR61.52 2 此时小灯泡电流I1ER166 A1 A S断开后，L、R、R1组成临时回路电流由 1.5 A逐渐减小，所以灯会闪亮一下再熄灭，自感电动势EIL(RRLR1) 15 V. 【答案】(1)2 (2) 灯泡闪亮一下后逐渐变暗，最后熄灭(3)15 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 11 页 - - - - - - - - -