第二章 第4节 自感-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第二册同步核心辅导与测评（教科版）

第4节　自感 新课程目标 核心素养 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.了解自感电动势的表达式EL＝L，知道自感系数的决定因素。 4.了解自感现象中的能量转化。 1.物理观念：了解自感现象的概念，解释自然现象，解决实际问题。 2.科学思维：能在问题情境中应用楞次定律判断自感电动势的方向，知道自感电动势的大小符合法拉第电磁感应定律。 3.科学探究：通过实验观察通电自感和断电自感现象，并能解释其工作原理。 　自感现象 1．通电自感 接通电路，与电阻R1串联的灯泡D1立即正常发光，D2所在支路的电流从零开始增大，根据楞次定律，穿过线圈自身磁通量的变化产生的感应电动势会阻碍电流的增加，所以通过灯泡D2的电流逐渐增加，D2慢慢亮起来最后亮度与D1相同。 2．断电自感 电流断开的瞬间，通过线圈中的电流突然减小。穿过线圈的磁通量迅速减小，因而在线圈中产生较大的感应电动势。尽管这时灯泡D与直流电源已经断开，但线圈和灯泡D仍组成闭合回路，在这个回路中仍有感应电流存在，所以灯泡在短时间内继续发光，延迟熄灭。 3．由于导体线圈本身的电流发生变化而引起的电磁感应现象，叫作自感，在自感现象中产生的电动势叫作自感电动势。 4．闭合开关开始通电的过程中通过线圈支路的电流激发了磁场，一部分电能转化为磁场能储存在线圈的磁场中。断开开关后，磁场能又转化为电能，通过灯泡释放出来，转化为热和光消耗掉。 　自感系数 1．自感电动势：EL＝L，其中是电流的变化率。 2．L是线圈的自感系数，简称自感或电感。单位是亨利，符号是H。 　自感现象的应用—日光灯 1．普通的日光灯由灯管、镇流器、启动器、导线和开关组成。 2．日光灯管的两端各有一段灯丝，灯管内充有微量的惰性气体和稀薄的汞蒸气，灯管内壁上涂有荧光粉。在高压激发下，两个灯丝之间的气体在导电时能发出紫外线，荧光粉受到紫外线的照射发出可见光。 3．启动器也称启辉器，里面有两个电极：静触片和U形动触片。开关闭合前，启动器的静触片和动触片是不接触的；开关闭合后，启动器的静触片和动触片是接触的，日光灯正常发光时，启动器的静触片和动触片是断开的。 4．镇流器是一个有铁芯的自感系数很大的线圈，当镇流器中的电流急剧减小，会产生很高的自感电动势。日光灯正常工作后，起着降压限流的作用。 5．日光灯启动瞬间，灯管两端电压大于220 V。点亮后的工作电压需低于220 V。 [课前小练] 思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (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。(√) (4)日光灯正常发光后，启动器就不起什么作用了。(√) (5)镇流器只起升压作用。(×) 　通电自感现象 [思考探究] 如图所示，先闭合S，调节R2使A1、A2的亮度相同，再调节R1，使A1、A2都正常发光，然后断开S。再次闭合S，观察两只灯泡在电路接通瞬间的发光情况有什么不同？根据楞次定律分析该现象产生的原因。 提示：现象为灯泡A2立即发光，灯泡A1逐渐亮起来。电路接通时，电流由零开始增加，穿过线圈L的磁通量逐渐增加，为了阻碍磁通量的增加，感应电流产生的磁通量与原来电流产生的磁通量方向相反，则线圈中感应电动势的方向与原来的电流方向相反，阻碍了L中电流的增加，即推迟了电流达到稳定值的时间。 [思维深化] 1．自感现象也是电磁感应现象，也符合楞次定律，可表述为自感电动势总要阻碍引起自感电动势的原电流的变化。 2．当线圈中的电流增大时，自感电动势的方向与原电流的方向相反，阻碍电流的增大，使电流从零逐渐增大到稳定值，但不能阻止电流的增大。 3．电流稳定时自感线圈相当于导体(若直流电阻为零，相当于导线)。 　如图所示，电路中电源的内阻不能忽略，电阻R的阻值和线圈L的自感系数都很大，A、B为两个完全相同的灯泡，当S闭合时，下列说法正确的是(线圈L的直流电阻较小)(　　) A．A比B先亮，然后A灭 B．B比A先亮，然后B逐渐变暗 C．A、B一起亮，然后A灭 D．A、B一起亮，然后B灭 解析：B　S闭合时，由于与A灯串联的线圈L的自感系数很大，故在线圈上产生很大的自感电动势，阻碍电流的增大，所以B比A先亮，稳定后，流过B灯支路的电流变小，所以B灯逐渐变暗，故B正确。 　断电自感现象　自感系数 [思考探究] 李辉用多用表的欧姆挡测量一个演示用可拆变压器原线圈的电阻，以断定它是否断路。刘伟为了使李辉操作方便，用两手分别握住线圈暴露出金属导线的两端让李辉测量。测量时表针摆过了一定角度，李辉由此确认线圈没有断路。正当李辉把多用表的表笔与被测线圈脱离时，刘伟突