第2章 4 自感-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修第二册同步导学案配套PPT课件（教科版）

4　自感 第二章　电磁感应及其应用   [学习目标]　1.观察通电自感和断电自感实验,了解自感现象。2.能够分析通电、断电自感现象的成因(重难点)。3.了解自感电动势的表达式,知道自感系数的决定因素。4.能举例说明自感现象在生产生活中的应用。 课时作业 巩固提升 要点1　自感现象 要点2　自感系数 要点3　日光灯原理的理解 内容索引 要点1　自感现象 一 4 梳理 必备知识 自主学习 1.自感现象:由于导体线圈本身的　　　　发生变化而引起的电磁感应现象。  电流   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D2逐渐地变亮 阻碍电流的　　  断电自感   断开开关的瞬间,灯泡D闪亮一下后逐渐变暗或灯泡D逐渐变暗,直至熄灭 阻碍电流的　　  增加 减小 3.自感电动势 在　　 　　中产生的电动势叫作自感电动势。  自感现象 [思考与讨论]无轨电车在行驶的过程中,为什么车顶上的车弓处会产生电火花? 提示:由于车身颠簸,可使车弓瞬间离开电网;由于自感现象,电车内部电动机的线圈会产生一个较大的瞬时自感电动势;由于这个电动势较大,使车弓与电网之间的空气电离,产生放电现象。 1.对通电自感的理解 (1)通电瞬间自感线圈处相当于断路。 (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,但不能阻止电流的增大,电流从零逐渐增大到稳定值。 (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)。 归纳 关键能力 合作探究 2.对断电自感的理解 (1)当线圈中的电流减小时,自感电动势的方向与原电流方向相同。 (2)断电自感中,由于自感电动势的作用,线圈中电流从原值逐渐减小。若断开开关瞬间通过灯泡的电流大于断开开关前的电流,灯泡会闪亮一下;若断开开关瞬间通过灯泡的电流小于或等于断开开关前的电流,灯泡不会闪亮一下,而是逐渐变暗直至熄灭。 (3)自感电动势总是阻碍线圈中电流的变化,但不能阻止线圈中电流的变化。 [典例1]　(多选)在如图所示的电路中,A1和A2是两个完全相同的灯泡,线圈L的自感系数足够大,直流电阻可以忽略不计,合上开关S,下列说法中正确的是(　　) A.A1先亮,A2后亮,最后一样亮 B.稳定后断开开关S,A1和A2都要过一会儿才熄灭 C.稳定后断开开关S,A2闪亮一下再熄灭 D.稳定后断开开关S,流过A2的电流方向向左 BD 合上开关S,A2立即发光,由于线圈L的自感作用,通过A1的电流只能逐渐增大,使A1逐渐亮起来,所以A2比A1先亮;由于线圈直流电阻忽略不计,当电流稳定时,线圈不产生感应电动势,两灯电流相等,亮度相同,故A错误。稳定后开关S断开瞬间,由于线圈的自感作用,线圈中的电流逐渐减小,线圈L、A2与A1构成闭合回路,两灯都过一会儿再熄灭,由于两灯泡完全相同,线圈的电阻不计,则A2不会出现闪亮一下,且流过A2的电流方向向左,故B、D正确,C错误。 方法总结 自感中“闪亮”与“不闪亮”问题   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 电流突然增大,灯泡立刻变亮,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,灯泡中电流方向不变 ①若I2≤I1,灯泡逐渐变暗; ②若I2>I1,灯泡闪亮后逐渐变暗。两种情况灯泡中电流方向均改变 [针对训练]　1.(多选)(2024·四川攀枝花高二期末)如图所示,L为电感线圈、直流电阻为R,D2、D3是两个相同的小灯泡。闭合开关S,待电路稳定后,所有灯泡均正常发光。整个过程灯泡不会烧坏,L的自感系数足够大,则下列说法中正确的是(　　) A.闭合开关S,D1、D2立即变亮,D3逐渐变亮 B.闭合开关S,D1立即变亮,D2、D3逐渐变亮 C.电路稳定后断开开关S,D1立即熄灭,D2、D3逐渐熄灭 D.电路稳定后断开开关S,D1、D2立即熄灭,D3逐渐熄灭 AC 闭合开关S,D1、D2立即变亮,D3所在电路上线圈产生自感电动势,阻碍电流的增大,电流只能逐渐增大,D3逐渐变亮,故B错误,A正确;电路稳定后断开开关S,D1立即熄灭,D3所在电路上线圈产生自感电动势,阻碍电流的减小,电流只能逐渐减小,线圈和D2、D3组成新的回路,则D2、D3逐渐熄灭,故D错误,C正确。 2.在如图所示的电路中,开关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。现将开关S突然断开,开关S断开前后,能正确反映流过灯泡的电流i随时间t变化关系的图像是(　　) D 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自感电流,使线圈中的电流从原来的2 A逐渐减小,方向不变,且与灯泡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。 二 要点2　自感系数 18 1.自感电动势 (1)表达式:EL=L。 (2)理解:①公式中为电流的变化率,电流变化越快,电流变化率越大,自感电动势也越　　　　。  ②公式中L为线圈的　 　　　。  梳理 必备知识 自主学习 大 自感系数 2.自感系数 (1)定义:描述通电线圈自身特性的物理量,简称自感或电感。 (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:与线圈的形状、直径、匝数以及有无　　　　等因素有关。  (4)单位:国际单位是亨利,简称亨,符号是　　,常用的还有毫亨(mH)和微亨(μH),1 H=　　　　mH=　　　　μH。  铁芯 H 103　 106 [典例2]　关于自感现象、自感系数、自感电动势,下列说法正确的是(　　) A.当线圈中通有恒定电流时,线圈中没有自感现象,线圈自感系数为零 B.线圈中电流变化越快,线圈的自感系数越大 C.自感电动势与原电流方向相反 D.对于确定的线圈,其产生的自感电动势与其电流变化率成正比 归纳 关键能力 合作探究 D 当线圈中通有恒定电流时,线圈中没有自感现象,不产生自感电动势,但是线圈自感系数不为零,选项A错误。线圈中电流变化越快,产生的自感电动势越大,线圈的自感系数与电流变化快慢无关,选项B错误。根据楞次定律,当线圈中电流增大时,自感电动势阻碍电流增大,自感电动势方向与原电流方向相反;当线圈中电流减小时,自感电动势阻碍电流减小,自感电动势方向与原电流方向相同,选项C错误。对于确定的线圈,自感系数L一定,其产生的自感电动势与其电流变化率成正比,选项D正确。 [针对训练]　3.关于线圈的自感系数,下面说法正确的是(　　) A.线圈的自感系数越大,自感电动势一定越大 B.线圈中的电流变化越快,自感系数越大 C.线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定 D.线圈中的电流等于零时,自感系数也等于零 C 由自感电动势的公式EL=L知,自感电动势不仅由自感系数决定,还与电流变化快慢有关,故A错误;线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定,与电流无关,故B、D错误,C正确。 三 要点3　日光灯原理的理解 25 1.组成 　　　　、　　　　、　　　　、导线和开关。  2.灯管 工作原理:管中气体导电时发出　　　　,　　　　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。  梳理 必备知识 自主学习 灯管　 镇流器 启动器 紫外线 荧光粉 3.启动器 启动器的作用:　　 　　。  4.镇流器的作用 日光灯启动时,提供瞬时　　　　;日光灯启动后,　　 　　。  高压　 通断电路 降压限流 [思考与讨论] 如图是日光灯的工作原理电路图,思考讨论: (1)日光灯正常发光时,摘掉启动器,灯还能不能正常发光? 提示:(1)日光灯正常发光时,摘掉启动器,灯还能正常发光。 (2)若有一启动器坏后摘了下来,开灯时,手持一小段带有绝缘皮的导线,一端插在启动器的接点上,另一端与另一个接点碰一下后迅速拿开,灯会不会亮?为什么? 提示: (2)若有一启动器坏后被摘了下来,开灯时,手持一小段带有绝缘皮的导线,一端插在启动器的一个接点上,另一端与启动器的另一个接点碰一下后迅速拿开,此过程相当于启动器的通断过程,会引起镇流器产生自感而把日光灯点亮。 1.启动器:也称启辉器,是一个充有氖气的小玻璃泡,里面有两个电极,一个是固定不动的静触片,一个是用两种不同的金属薄片铆合而成的U形动触片。 2.镇流器:是一个有铁芯的自感系数很大的线圈,其作用是在日光灯启动时在灯管两端形成一个瞬时高压,正常工作时又起着降压限流的作用。 归纳 关键能力 合作探究 3.日光灯的工作原理 (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形片冷却收缩,使两个触片分离,电路自动断开。 (3)在电路突然断开的瞬间,由于镇流器中的电流急剧减小,会产生很高的自感电动势,方向与原来的电压方向相同,自感电动势与电源电压加在一起,形成一个瞬时高压,加在灯管两端,使灯管中的气体开始放电,于是日光灯被点亮。 (4)日光灯点亮后,由于交变电流通过镇流器的线圈,线圈中就会产生自感电动势,它总是阻碍电流的变化,这时镇流器起着降压限流的作用,保证日光灯正常工作。 [典例3]　(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。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 ABD 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。 [针对训练]　4.(多选)如图所示的四个日光灯的接线图中,S1为启动器,S2为开关,L为镇流器,能使日光灯正常发光的是 (　　) AC 日光灯工作时,电流通过镇流器、灯丝、启动器和电源形成回路,使启动器发出辉光,相当于启动器短路接通,同时电流加热灯丝,镇流器起控制加热电流的作用;之后启动器断开瞬间,镇流器产生很大的自感电动势,出现一个高电压加在灯管两端,灯管中的气体放电、发光,此时启动器已无作用。所以启动器可用手动的开关来代替(实际操作时,当启动器丢失或损坏时,可将连接启动器的两个线头短接然后再断开)。 四 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [A组　基础巩固练] 1.关于线圈中自感电动势大小的说法正确的是(　　) A.电感一定时,电流变化越大,自感电动势越大 B.电感一定时,电流变化越快,自感电动势越大 C.通过线圈的电流为零的瞬间,自感电动势最大 D.通过线圈的电流为最大值的瞬间,自感电动势最大 13 B 由EL=L可知,L一定时,自感电动势正比于电流的变化率,与电流的大小、电流变化量的大小都没有直接关系,故B正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 2.在制作精密电阻时,为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象,采取了双线绕法,如图所示,其中的道理是(　　) A.当电路中的电流变化时,两股导线中产生的自感电动势互相抵消 B.当电路中的电流变化时,两股导线中产生的感应电流互相抵消 C.当电路中的电流变化时,两股导线中产生的磁通量互相抵消 D.以上说法均不对 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 C 由于采用了双线绕法,两股导线中的电流等大反向,它们产生的磁场方向相反,磁通量相互抵消,不论导线中的电流如何变化,线圈中的磁通量始终为0,所以消除了自感现象的影响,故C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 3.图甲所示是日光灯的电路图,它主要是由灯管、镇流器和启动器组成的,镇流器是一个带铁芯的线圈,启动器的构造如图乙所示,为了保护启动器常在启动器的两极并上一纸质电容器C。某教室的一盏日光灯总是出现灯管两端亮而中间不亮的情况,经检查灯管是好的,且电压正常,镇流器无故障,其原因可能是(　　) A.启动器两脚与启动器座接触不良 B.电容器C断路 C.电容器C击穿而短路 D.镇流器自感系数L太大 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 C 日光灯启动器的作用是:当电压加到启动器两端时,启动器内的金属片受热膨胀而短路,短路后金属片放热断开,断开时在镇流器上感应出高电压加到日光灯两端,使日光灯内的汞电离导通,日光灯发光。A、B、D都不会影响启动器内的金属片功能,只有“电容器C击穿而短路”不能使金属片断开,故C正确,A、B、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 4.如图所示,闭合电路中的螺线管可自由伸缩,螺线管有一定的长度,灯泡具有一定的亮度。若将一软铁棒从螺线管左边迅速插入螺线管内,则将看到(　　) A.灯泡变暗　　　　　　 B.灯泡变亮 C.螺线管缩短 D.螺线管长度不变 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 A 软铁棒插入螺线管中的过程中,使螺线管的自感系数增大,穿过螺线管的磁通量增加,故产生反向的自感电动势,使总电流减小,灯泡变暗,每匝线圈间同向电流吸引力减小,螺线管变长,故A正确,B、C、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 5.(2024·北京西城高二检测)如图所示的电路中,灯泡A1和A2的规格相同。先闭合开关S,调节电阻R,使两个灯泡的亮度相同,再调节电阻R1,使它们都正常发光,然后断开开关S。下列说法正确的是(　　) A.断开开关S后,A1灯闪亮后熄灭 B.断开开关S的瞬间,A1灯电流反向 C.断开开关后,电路中的电能来自线圈储存的磁场能 D.重新接通电路,A1和A2同时亮起,然后A1灯逐渐熄灭 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 C 断开开关S后,由于线圈产生自感电动势,流过A1的电流在原来的基础上减小,电流方向与原电流方向相同,故A1灯不会闪亮,而是逐渐熄灭,故A、B错误;断开开关后,磁场能向电能转化,电路中的电能来自线圈储存的磁场能,故C正确;重新接通电路,A2立刻亮起,由于线圈产生自感电动势,A1灯逐渐亮起,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 6.某同学为了验证断电自感现象,自己找来带铁芯的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E,用导线将它们连接成如图所示的电路。检查电路后,闭合开关S,小灯泡发光;再断开开关S,小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象。虽经多次重复,仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象,他冥思苦想找不出原因。你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是(　　) A.电源的内阻较大 B.小灯泡电阻偏大 C.线圈的直流电阻偏大 D.线圈的自感系数较大 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 C 在断电自感现象中,小灯泡是否闪亮,由开 关闭合、电路稳定时,通过小灯泡的电流 IA与通过线圈的电流IL的大小关系决定, 与电源内阻、线圈的自感系数无关,选项 A、D错误;小灯泡与线圈是并联关系,如果小灯泡电阻偏大,闭合开关,电路稳定时,通过线圈的电流较大,断电时可能看到显著的延时熄灭现象和小灯泡闪亮现象,选项B错误;如果线圈电阻偏大,则通过线圈的电流较小,断电时只能看到不显著的延时熄灭现象,且小灯泡不会出现闪亮现象,选项C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 7.如图所示,L是绕在铁芯上的线圈,它与电阻R、电阻R0、开 关S1和电池E可构成闭合回路。线圈上的箭头表示线圈中电 流的正方向。当电流的流向与箭头所示的方向相同时,该电 流为正,否则为负。开关S1和S2都处于断开状态。设在t=0时 刻,接通开关S1,经过一段时间,在t=t1时刻,再接通开关S2,则能正确表示L中的电流I随时间t变化的图像是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 A 在t=0时刻,接通开关S1,通过线圈的电流从无到有,因自感电动势的产生,电流逐渐增大直到稳定;在t=t1时刻,再接通S2时,线圈中的电流将减小,因自感电动势的存在,电流逐渐减小为零,由楞次定律可知,线圈中电流的方向不变,故选项A正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 8.如图所示,A和B是两个相同的小灯泡,L是一个自感系数相当大的线圈,其电阻值与R相同。由于存在自感现象,在开关S闭合和断开时,灯A和B先后亮暗的顺序是(　　) A.闭合时,A先达到最亮;断开时,A后暗 B.闭合时,B先达到最亮;断开时,B后暗 C.闭合时,A先达到最亮;断开时,A先暗 D.闭合时,B先达到最亮;断开时,B先暗 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 A 开关S闭合时,由于自感作用,线圈L中自感电动势较大,电流几乎全部从A中通过,而该电流又同时分路通过B和R,所以A先达到最亮,经过一段时间稳定后A和B达到同样亮;开关S断开时,电源电流立即为零,B立即熄灭,由于L的自感作用,A要慢慢熄灭,故A正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 [B组　综合强化练] 9.若将图甲中启动器换为开关S1,并给镇流器并联一个开关S2,如图乙所示,则下列叙述正确的是(　　) A.只把S3接通,日光灯就能正常发光 B.把S3、S1接通后,S2不接通,日光灯 就能正常发光 C.S2不接通,接通S3、S1后,再断开S1, 日光灯就能正常发光 D.当日光灯正常发光后,再接通S2,日光灯仍能正常发光 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 C 一般日光灯启动时,瞬间把电源、镇流器、灯丝、启动器接通,然后电路自动断开,靠镇流器产生瞬时高压,使灯管内气体导电,所以启动时既要使题图乙中S3闭合,又需使S1瞬间闭合再断开,A、B错误,C正确。正常工作时镇流器起降压限流作用,若把题图乙中S2闭合,则镇流器失去作用,日光灯不能正常工作,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 10.(多选)在如图所示的电路中,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、电阻可忽略的线圈。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状态为止的时间内,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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 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,线圈的自感电动势减小,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,随着自感电动势减小,路端电压减小,所以R1两端的电压逐渐减小,电流逐渐减小,故A、C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 11.如图所示,A、B是两个完全相同的灯泡,D是理想二极管,L是带铁芯的线圈,其直流电阻忽略不计。下列说法正确的是(　　)   A.S闭合瞬间,B先亮A后亮 B.S闭合瞬间,A先亮B后亮 C.电路稳定后,在S断开瞬间,A闪亮一下,然后逐渐熄灭 D.电路稳定后,在S断开瞬间,B立即熄灭 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 D S闭合瞬间,线圈相当于断路,二极管正向导通,故电流可通过灯泡A、B,即A、B灯泡同时亮,故A、B错误;因线圈的直流电阻忽略不计,则当电路稳定后,灯泡A被短路而熄灭,当开关S断开瞬间灯泡B立即熄灭,线圈中的电流也不能反向通过二极管,则灯泡A仍是熄灭的,故C错误,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 12.图甲为某同学研究自感现象的实验电路图,用电流传感器显示出在t=1×10-3 s时断开开关前后一段时间内各时刻通过线圈L的电流(如图乙)。已知电源电动势E=6 V,内阻不计,灯泡的阻值R1为 6 Ω,电阻R的阻值为 2 Ω。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 (1)线圈的直流电阻RL=　　　　Ω。  2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 2 (1)由图像可知S闭合稳定时IL=1.5 A, 则RL=-R= Ω-2 Ω=2 Ω。 (2)开关断开时,该同学观察到的现象是　　　 　　　　　　　　　　　,开关断开瞬间线圈产生的自感电动势是　　V。  2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 灯泡闪亮一下后逐渐变暗,最后熄灭 15 (2)电流稳定时流过小灯泡的电流I1== A=1 A。 S断开后,L、R、灯泡组成闭合回路,电流由1.5 A逐渐减小,所以灯泡会闪亮一下再熄灭,自感电动势E=IL(R+RL+R1)=15 V。 [C组　培优选做练] 13.如图甲所示的电路中,灯泡电阻为R,A1、A2为完全相同的电流传感器 (内阻不计)。闭合开关K,得到如图乙所示的I-t图像,电源电动势为E,内阻为r,则(　　) A.r=R B.E=R C.断开开关时,小灯泡会明显闪亮后逐渐熄灭 D.闭合开关时,自感线圈中电流为零,其自感电动势也为零 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 B 由题图乙可知,当t=t0时,自感线圈中电流 为零,流过灯泡支路的电流为I1,根据闭合 电路欧姆定律有E=I1r+I1R,当t=t1时,电路 稳定,两支路电流相等为I2,根据闭合电路 欧姆定律有E=2I2r+I2R,联立解得r=R,E=R,故A错误,B正确;由题图乙可知,电路稳定后,两支路电流相等,则断开开关时,小灯泡不会闪亮但会逐渐熄灭,故C错误;闭合开关时,自感线圈中电流为零,但由于电流在变化,自感电动势不为零,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 $$