高中物理 第2章 楞次定律和自感現(xiàn)象 第2節(jié) 自感教師用書 魯科版選修3-2
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第2節(jié) 自感 學 習 目 標 知 識 脈 絡(luò) 1.了解自感現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因,會分析自感現(xiàn)象.(難點) 2.理解自感電動勢在自感現(xiàn)象中的作用.(重點) 3.理解自感系數(shù)由哪些因素決定,自感現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化情況. 自 感 現(xiàn) 象 自 感 電 動 勢 1.自感現(xiàn)象:由導體自身電流變化,所產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象. 2.自感電動勢 定義 由導體自身電流變化所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 方向 原電流增大時,與原電流相反,原電流減小時,與原電流相同 作用 阻礙自身電流發(fā)生變化 大小 E=L,與電流變化率成正比 1.自感現(xiàn)象屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象.(√) 2.當線圈中有電流時,線圈中就有自感電動勢.() 3.當線圈中電流減小時,線圈中自感電動勢的方向與線圈中電流的方向相反.() 大城市的無軌電車在行駛的過程中,由于車身顛簸,有可能使車頂上的電弓瞬間脫離電網(wǎng)線,這時可以看到電火花閃現(xiàn).試說明產(chǎn)生電火花的原因是什么? 【提示】 電弓脫離電網(wǎng)線的瞬間電流減小,所產(chǎn)生的自感電動勢很大,在電弓與電網(wǎng)線的空隙產(chǎn)生電火花. 如圖221所示,A1、A2是規(guī)格完全一樣的燈泡,①S閉合時,發(fā)現(xiàn)A1比A2亮得晚;②S斷開時,兩燈泡都亮一會再熄滅. 圖221 探討1:為什么會出現(xiàn)上述①中的現(xiàn)象? 【提示】 開關(guān)閉合時,電流從0開始增加,線圈L中的磁通量發(fā)生變化形成感應(yīng)電流,阻礙線圈中電流的增加,推遲了電流達到正常值的時間,故A1比A2亮得晚. 探討2:S斷開時為什么出現(xiàn)②中的現(xiàn)象? 【提示】 S斷開時,電流開始減小,線圈中磁通量也發(fā)生變化,同樣推遲電流的減小時間,此時L相當于電源,回路中的A1、A2都亮一會再熄滅. 探討3:①②兩種現(xiàn)象中,流過A1、A2的電流方向一樣嗎? 【提示】 A1中電流方向不變,A2中電流方向相反. 在處理通斷電燈泡亮度變化問題時,不能一味套用結(jié)論,如通電時逐漸變亮,斷電時逐漸變暗,或閃亮一下逐漸變暗,要具體問題具體分析,關(guān)鍵要搞清楚電路連接情況. 與線圈串聯(lián)的燈泡 與線圈并聯(lián)的燈泡 電路圖 通電時 電流逐漸增大, 燈泡逐漸變亮 電流突然變大,然后逐漸減小達到穩(wěn)定 斷電時 電流逐漸減小 燈泡逐漸變暗 電流方向不變 電路中穩(wěn)態(tài)電流為I1、I2 ①若I2≤I1,燈泡逐漸變暗 ②若I2>I1,燈炮閃亮后逐漸變暗 兩種情況燈泡電流方向均改變 1.(多選)如圖222所示,燈LA、LB完全相同,帶鐵芯的線圈L的電阻可忽略.則( ) 圖222 A.S閉合的瞬間,LA、LB同時發(fā)光,接著LA熄滅,LB更亮 B.S閉合的瞬間,LA不亮,LB立即亮 C.S閉合的瞬間,LA、LB都不立即亮 D.穩(wěn)定后斷開S的瞬間,LB立即熄滅,LA先亮一下再熄滅 【解析】 S接通的瞬間,L支路中電流從無到有發(fā)生變化,因此,L中產(chǎn)生的自感電動勢阻礙電流增大.所以,S接通的瞬間L中的電流非常小,即干路中的電流幾乎全部流過LA,故LA、LB會同時亮.又由于L中電流很快穩(wěn)定,感應(yīng)電動勢很快消失,對LA起到“短路”作用,因此,LA便熄滅.這時電路的總電阻比剛接通時小,由恒定電流知識可知LB會比以前更亮.故選項A正確.斷開S的瞬間,線圈L產(chǎn)生自感電動勢,在L、LA回路中產(chǎn)生自感電流,所以LA先亮一下再熄滅;LB在S斷開的瞬間處于斷路狀態(tài),電流立即變?yōu)榱?,所以LB熄滅. 【答案】 AD 2.(多選)如圖223所示,電路甲、乙中電阻R和自感線圈L的電阻都很?。油ㄩ_關(guān)S,使電路達到穩(wěn)定,燈泡A發(fā)光,則( ) 甲 乙 圖223 A.在電路甲中,斷開S,A將漸漸變暗 B.在電路甲中,斷開S,A將先變得更亮,然后漸漸變暗 C.在電路乙中,斷開S,A將漸漸變暗 D.在電路乙中,斷開S,A將先變得更亮,然后漸漸變暗 【解析】 甲圖中,燈泡A與線圈L在同一支路,通過它們的電流相同,IA=IL;斷開開關(guān)S時,A、L、R組成回路;由于自感作用,回路中電流由IL逐漸減小,燈泡A不會閃亮,將逐漸變暗,故A正確;乙圖中,電路穩(wěn)定時,通過上支路的電流IL>IA(因L的電阻很小);斷開開關(guān)S時,由于L的自感作用,回路中的自感電流在IL的基礎(chǔ)上減小,電流反向通過燈泡A的瞬間,燈泡A中電流變大,然后逐漸變小,所以燈泡A閃亮一下,然后逐漸變暗,故D正確. 【答案】 AD 自感電動勢的作用 在通電自感現(xiàn)象中,線圈L相當于阻值逐漸減小的“電阻”;在斷電自感現(xiàn)象中,線圈L相當于電動勢逐漸減小的“電源”.在斷電自感中要判斷某一個小燈泡是否會閃亮一下再熄滅,一是看是否能組成臨時回路,二是看此時通過小燈泡的電流比斷開前大還是?。? 自 感 系 數(shù) 自感系數(shù) 物理意義 表征產(chǎn)生自感電動勢本領(lǐng)的大小 大小決定因素 線圈形狀、橫截面積、長短、匝數(shù)、鐵芯等 單位 亨(H)、毫亨(mH)、微亨(μH) 1.線圈的自感系數(shù)大,其電阻一定大.() 2.不管電流如何變化,線圈的自感系數(shù)不變.(√) 3.產(chǎn)生的自感電動勢較大,說明自感系數(shù)較大.() 照明用電燈泡內(nèi),有螺旋狀燈絲,且用的是交流電,開燈、關(guān)燈時,你發(fā)現(xiàn)自感現(xiàn)象了嗎?請給予解釋. 【提示】 照明用交流電,開、關(guān)燈時燈絲內(nèi)電流會發(fā)生變化,會有自感現(xiàn)象發(fā)生,只是由于燈絲的自感系數(shù)太小,自感現(xiàn)象不明顯,使我們并沒有發(fā)現(xiàn). 探討1:線圈中電流變化越快,自感系數(shù)如何變化? 【提示】 不變 探討2:把線圈中的鐵芯抽出一些,自感系數(shù)如何變化? 【提示】 減小 自感系數(shù)L 線圈的自感系數(shù)是由線圈本身決定的,與是否通電及電流的大小無關(guān).具體地說,是由線圈截面的粗細、線圈的長短、匝數(shù)的密集程度(即單位長度的匝數(shù))以及線圈內(nèi)部是否存在鐵芯等因素共同決定的.且線圈越長、匝數(shù)越多、越密、橫截面積越大,以及有鐵芯時,則線圈的自感系數(shù)就越大. 3.(多選)通過一個線圈的電流在均勻增大時,這個線圈的( ). A.自感系數(shù)也將均勻增大 B.自感電動勢也將均勻增大 C.磁通量也將均勻增大 D.自感系數(shù)和自感電動勢不變 【解析】 線圈的磁通量與電流大小有關(guān),電流增大,磁通量增大,故C項正確;而自感系數(shù)由線圈本身決定,與電流大小無關(guān);自感電動勢EL=L,與自感系數(shù)和電流變化率有關(guān),對于給定的線圈,L一定,已知電流均勻增大,說明電流變化率恒定,故自感電動勢不變,D項正確. 【答案】 CD 4.下列單位關(guān)系不正確的是( ) A.1亨=1歐秒 B.1亨=1伏安/秒 C.1伏=1韋/秒 D.1伏=1亨安/秒 【解析】 由E=L知,L=,故1亨=1伏秒/安,或1伏=1亨安/秒,選項B錯誤,D正確;又1伏=1安歐,故A正確;由E=n知,選項C也正確.綜上知,不正確的為B. 【答案】 B 線圈自感系數(shù)由線圈本身的因素及有無鐵芯決定. 學業(yè)分層測評(五) (建議用時:45分鐘) [學業(yè)達標] 1.關(guān)于線圈的自感系數(shù)、自感電動勢的下列說法中正確的是( ). A.線圈中電流變化越大,線圈自感系數(shù)越大 B.對于某一線圈,自感電動勢正比于電流的變化量 C.一個線圈的電流均勻增大,這個線圈的自感系數(shù)、自感電動勢都不變 D.自感電動勢總與原電流方向相反 【解析】 線圈的自感系數(shù)L只由線圈本身的因素決定,選項A錯誤.由E自=L知,E自與成正比,與ΔI無直接關(guān)系,選項B錯誤,C正確.E自方向在電流增大時與原電流方向相反,在電流減小時與原電流方向相同,選項D錯誤. 【答案】 C 2.(多選)下列說法正確的是( ) A.當線圈中電流不變時,線圈中沒有自感電動勢 B.當線圈中電流反向時,線圈中自感電動勢的方向與線圈中原電流的方向相反 C.當線圈中電流增大時,線圈中自感電動勢的方向與線圈中電流的方向相反 D.當線圈中電流減小時,線圈中自感電動勢的方向與線圈中電流的方向相反 【解析】 由法拉第電磁感應(yīng)定律可知,當線圈中電流不變時,不產(chǎn)生自感電動勢,A對;當線圈中電流反向時,相當于電流先減小后反向增大,線圈中自感電動勢的方向與線圈中原電流的方向相同,B錯;當線圈中電流增大時,自感電動勢阻礙電流的增大,線圈中自感電動勢的方向與線圈中電流的方向相反,C對;當線圈中電流減小時,自感電動勢阻礙電流的減小,線圈中自感電動勢的方向與線圈中電流的方向相同,D錯. 【答案】 AC 3.如圖224所示的是自感現(xiàn)象的實驗裝置,A是燈泡,L是帶鐵芯的線圈,E為電源,S是開關(guān).下述判斷正確的是( ) 【導學號:78870029】 圖224 A.S接通的瞬間,L產(chǎn)生自感電動勢,S接通后和斷開瞬間L不產(chǎn)生自感電動勢 B.S斷開的瞬間L產(chǎn)生自感電動勢,S接通瞬間和接通后L不產(chǎn)生自感電動勢 C.S在接通或斷開的瞬間L都產(chǎn)生自感電動勢,S接通后L不再產(chǎn)生自感電動勢 D.S在接通或斷開瞬間以及S接通后,L一直產(chǎn)生自感電動勢 【解析】 S斷開和接通瞬間,通過線圈的電流都發(fā)生變化,都產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,S接通后通過線圈的電流不再變化,沒有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生,故A、B、D錯誤,C正確. 【答案】 C 4.(多選)某線圈通有如圖225所示的電流,則線圈中自感電動勢改變方向的時刻有( ) 圖225 A.第1 s末 B.第2 s末 C.第3 s末 D.第4 s末 【解析】 在自感現(xiàn)象中,當原電流減小時,自感電動勢與原電流的方向相同;當原電流增大時,自感電動勢與原電流方向相反.在0~1s內(nèi)原電流沿正方向減小,所以自感電動勢的方向是正方向;在1~2s內(nèi)原電流沿負方向增加,所以自感電動勢與其方向相反,即沿正方向;同理分析2~3 s、3~4 s、4~5 s內(nèi)自感電動勢的方向分別是沿負方向、負方向、正方向,可得正確答案為選項B、 D. 【答案】 BD 5. (多選)如圖226所示,E為電池組,L是自感線圈(直流電阻不計),D1、D2是規(guī)格相同的小燈泡.下列判斷正確的是( ) 圖226 A.開關(guān)S閉合時,D1先亮,D2后亮 B.閉合S達穩(wěn)定時,D1熄滅,D2比起初更亮 C.斷開S時,D1閃亮一下 D.斷開S時,D1、D2均不立即熄滅 【解析】 開關(guān)S閉合時D1,D2同時亮,電流從無到有,線圈阻礙電流的增加,A錯.閉合S達穩(wěn)定時D1被短路,電路中電阻減小,D2比起初更亮,B對.斷開S時,線圈阻礙電流減小,故D1會閃亮一下,而D2在S斷開后無法形成通路,會立即熄滅,所以C對,D錯. 【答案】 BC 6.如圖227所示的電路中,兩個相同的電流表G1和G2,零點均在刻度盤的中央,當電流從“+”接線柱流入時,指針向右擺;當電流從“-”接線柱流入時,指針向左擺,在電路接通后再斷開開關(guān)S的瞬間,下述說法中正確的是( ) 【導學號:78870030】 圖227 A.G1指針向右擺,G2指針向左擺 B.G1指針向左擺,G2指針向右擺 C.G1、G2的指針都向右擺 D.G1、G2的指針都向左擺 【解析】 在電路接通后再斷開開關(guān)S的瞬間,由于線圈L中的原電流突然減小,線圈L中產(chǎn)生自感現(xiàn)象,線圈中的電流逐漸減小,電流流經(jīng)L、G2、R、G1,方向順時針,由于從表G1的“+”接線柱流入,表G2的“-”接線柱流入,因此G1指針右偏,表G2的指針左偏,答案選A. 【答案】 A 7.如圖228所示,L是電阻不計的自感線圈,C是電容器,E為電源,在開關(guān)S閉合和斷開時,關(guān)于電容器的帶電情況,下列說法正確的是( ) 【導學號:78870031】 圖228 A.S閉合瞬間,A板帶正電,B板帶負電 B.S保持閉合,A板帶正電,B板帶負電 C.S斷開瞬間,A板帶正電,B板帶負電 D.由于線圈L的電阻不計,電容器被短路,上述三種情況下電容器均不帶電 【解析】 S閉合瞬間,通過L的電流增大,L產(chǎn)生的自感電動勢的方向是由下指向上,使電容器充電,A板帶正電,B板帶負電,A項正確;S保持閉合時,L的電阻為零,電容器兩極板被短路,不帶電,B項錯誤;S斷開瞬間,通過L的電流減小,自感電動勢的方向由上指向下,在L、C組成的回路中給電容器充電,使B板帶正電,A板帶負電,C項錯誤.綜上D項錯誤. 【答案】 A 8.如圖229所示,R1、R2的阻值均為R,電感線圈L的電阻及電池內(nèi)阻均可忽略不計,S原來斷開,電路中電流I0=.現(xiàn)將S閉合,于是電路中產(chǎn)生自感電動勢,自感電動勢的作用是( ) 圖229 A.使電路的電流減小,最后由I0減小到零 B.有阻礙電流增大的作用,最后電流小于I0 C.有阻礙電流增大的作用,因而電流總保持不變 D.有阻礙電流增大的作用,但電流最后還是變?yōu)?I0 【解析】 當S閉合時,電路中電阻減小,電流增大,線圈的作用是阻礙電流的增大,選項A錯誤;阻礙電流增大,不是不讓電流增大,而是讓電流增大的速度減緩,選項B、C錯誤;最后達到穩(wěn)定時,I==2I0,故選項D正確. 【答案】 D [能力提升] 9.(多選)如圖2210所示是研究自感通電實驗的電路圖,A1、A2是兩個規(guī)格相同的小燈泡,閉合開關(guān)調(diào)節(jié)電阻R,使兩個燈泡的亮度相同,調(diào)節(jié)可變電阻R1,使它們都正常發(fā)光,然后斷開開關(guān)S.重新閉合開關(guān)S,則( ) 圖2210 A.閉合瞬間,A1立刻變亮,A2逐漸變亮 B.閉合瞬間,A2立刻變亮,A1逐漸變亮 C.穩(wěn)定后,L和R兩端電勢差一定相同 D.穩(wěn)定后,A1和A2兩端電勢差不相同 【解析】 閉合瞬間,A2立刻變亮,A1逐漸變亮,穩(wěn)定后,兩個燈泡的亮度相同,說明它們的電壓相同,L和R兩端電勢差一定相同,選項B、C正確,A、D錯誤. 【答案】 BC 10.如圖2211所示的電路中,電源的電動勢為E,內(nèi)阻為r,電感L的電阻不計,電阻R的阻值大于燈泡D的阻值.在t=0時刻閉合開關(guān)S,經(jīng)過一段時間后,在t=t1時刻斷開S.下列表示A、B兩點間電壓UAB隨時間t變化的圖象中,正確的是( ) 圖2211 【解析】 S閉合時,由于自感L的作用,經(jīng)過一段時間電流穩(wěn)定時L電阻不計.可見電路的外阻是從大變小的過程.由U外=E可知U外也是從大變小的過程.t1時刻斷開S,由于自感在L、R、D構(gòu)成的回路中電流從B向A且中間流過D,所以t1時刻UAB反向,B正確. 【答案】 B 11.如圖2212所示,電源的電動勢E=15 V,內(nèi)阻忽略不計.R1=5 Ω,R2=15 Ω,電感線圈的電阻不計,求當開關(guān)S接通的瞬間,S接通達到穩(wěn)定時及S切斷的瞬間流過R1的電流. 圖2212 【解析】 開關(guān)S接通瞬間,流過線圈L的電流不能突變,所以流過R1的電流仍為0.達到穩(wěn)定時,線圈相當于導線,所以流過R1的電流為I1==A=3 A. 開關(guān)S斷開瞬間,流過線圈L的電流不能突變,所以流過R1的電流仍為3 A. 【答案】 0 3 A 3 A 12.如圖2213所示為研究自感實驗電路圖,并用電流傳感器顯示出在t=110-3s時斷開開關(guān)前后一段時間內(nèi)各時刻通過線圈L的電流(如圖2214).已知電源電動勢E=6 V,內(nèi)阻不計,燈泡R1的阻值為6 Ω,電阻R的阻值為2 Ω.求: 圖2213 圖2214 (1)線圈的直流電阻RL是多少? (2)開關(guān)斷開時,該同學觀察到什么現(xiàn)象? (3)計算開關(guān)斷開瞬間線圈產(chǎn)生的自感電動勢. 【解析】 由圖象可知S閉合穩(wěn)定時IL=1.5 A RL=-R= Ω-2 Ω=2 Ω 此時小燈泡電流I1== A=1 A S斷開后,L、R、R1組成臨時回路 電流由1.5 A逐漸減小,所以燈會閃亮一下再熄滅,自感電動勢E=IL(R+RL+R1)=15 V. 【答案】 (1)2 (2)燈泡閃亮一下后逐漸變暗,最后熄滅 (3)15- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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