4. 自感-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（教科版）

4.自感 【素养目标】　1.知道自感现象也是电磁感应现象，并能比较准确地阐述什么是自感现象。　2.能用语言和图像等方式描述通电自感和断电自感现象的特征，并能运用楞次定律解释自感现象产生的原因。　3.了解自感电动势，会判断其方向，知道其大小计算式、自感系数以及影响自感系数大小的因素。　4.认识日光灯的工作原理，知道镇流器、启动器的作用。 知识点一　自感现象　自感系数 【情境导入】　如图所示，让几位同学“串联”在电路中，只需1节干电池。闭合开关S前，学生的体验——“无感觉”；闭合开关S后，学生的体验——“无感觉”；断开开关S瞬间，同学突然受到电击——“迅速收回双手”。这是为什么呢？ 提示：闭合开关S，流过线圈的电流很大，流过人体的电流很小。断开开关S，线圈与人为串联关系，此时，线圈中电流变小，线圈L中产生自感电流以阻碍电路中原电流的减小，线圈中的较大电流流过人体，人会受到电击。 【教材梳理】 (阅读教材P48－P50完成下列填空) 1．自感现象 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。 2．自感系数 (1)自感电动势：EL＝L，其中L是自感系数，简称自感或电感。 (2)单位：亨利，简称亨，符号是H。常用的还有毫亨(mH)和微亨(μH)。 换算关系是： 1 mH＝10-3 H，1 μH＝10-6_ H。 【师生互动】　在如图所示的电路中，线圈电阻RL<R2，灯泡1和灯泡2完全相同，调节滑动变阻器R1，使闭合开关S，电路稳定后，灯泡1和灯泡2均能发光。 分析以下问题。 任务1.开关S接通时，灯泡1和2的发光情况有什么不同？为什么会出现这种区别。 任务2.闭合开关S，电路稳定后，灯泡1和灯泡2的亮度有何区别。 任务3.断开开关S，灯泡的亮度有何变化，试分析原因。 提示：任务1.灯泡2立即发光，而灯泡1是逐渐亮起来的。 接通电源的瞬间，电流增加，线圈L中产生感应电动势，根据楞次定律，感应电动势会阻碍电流的增加，所以灯泡1慢慢地亮起来。 任务2.闭合开关S，电路稳定后，由RL<R2，所以流过灯泡1的电流大于流过灯泡2的电流，所以灯泡1比灯泡2更亮一些。 任务3.断开开关S，灯泡1逐渐熄灭，灯泡2会更亮一下，然后逐渐熄灭。这是因为断开开关，电源提供的电流消失，线圈L中的电流减小，线圈L中产生感应电动势阻碍其自身电流减小，因此线圈L中的电流会由稳定时的电流逐渐减小，此电流又流过了灯泡1和灯泡2，所以灯泡1逐渐熄灭，流过灯泡2的电流会突然增大(因稳定时，流过灯泡1的电流大于流过灯泡2的电流)，所以灯泡2会更亮一下，然后熄灭。 对通电自感的理解 如图所示，电路中电源内阻不能忽略，R的阻值和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(　　) 学生用书第71页 A．A比B先亮，然后A熄灭 B．B比A先亮，然后A逐渐变亮 C．A、B一起亮，然后A熄灭 D．A、B一起亮，然后B熄灭 答案：B 解析：闭合开关的一瞬间，由于线圈中自感电动势的阻碍，B灯先亮，A中电流逐渐增大，A灯逐渐变亮，B正确。 对断电自感的理解 (2025·陕西宝鸡期末)如图所示，电路中A、B、C是三个完全相同的灯泡，L是一个自感系数很大、直流电阻为零的自感线圈，原来开关S是闭合的，三盏灯泡均发光。某时刻将开关S断开，则下列判断正确的是(　　) A．M点电势高于N点，A灯闪亮后缓慢熄灭 B．N点电势高于M点，B、C灯闪亮后缓慢熄灭 C．M点电势高于N点，B、C灯闪亮后缓慢熄灭 D．N点电势高于M点，B、C灯不会闪亮只是缓慢熄灭 答案：B 解析： 开关S闭合稳定时，电感线圈支路的总电阻比B、C灯支路电阻小，故流过A灯的电流I1大于流过B、C灯的电流I2，且电流方向由M到N，因为理想线圈无内阻，故M点电势等于N点电势；当开关S断开，电感线圈会产生自感现象，相当于电源，由楞次定律知，感应电流方向由M到N，MN当电源，故N点电势高于M点，所以断开开关S瞬间，流过B、C灯支路的电流比原来的大，故B、C灯闪亮后缓慢熄灭。 1．自感现象的四大特点 (1)自感电动势总是阻碍线圈中原电流的变化。 (2)通过线圈中的电流不能发生突变，只能缓慢变化。 (3)电流稳定时，自感线圈就相当于普通导体。 (4)线圈的自感系数越大，自感现象越明显，自感电动势只是延缓了过程的进行，但它不能使过程停止，更不能使过程反向。 2．通电自感和断电自感比较 项目 通电自感 断电自感 自感电路 器材规格 D1、D2灯同规格，调节R＝RL1，L1的自感系数较大 L2的自感系数很大(有铁芯)、电阻较小 自感现象 在S闭合瞬间，D2灯立即亮起来，D1灯逐渐变亮，最终两灯一样亮 在开关S断开时，D灯逐渐熄灭或先闪亮一下逐渐熄灭 自感时流经灯泡的电流变化图像 灯泡D1 产生原因 开关闭合时，流过线圈L1的电流增大，线圈L1产生自感电动势，阻碍电流的增大，流过D1灯的电流增大得慢，又R＝RL1，最终流过两灯的电流一样大 断开开关S时，流过线圈L2的电流减小，线圈产生自感电动势阻碍电流的减小，使电流继续存在一段时间。在S断开后，通过L2的电流会通过D灯(与原来D灯的电流方向相反)，D灯不会立即熄灭。若RL2<RD，原来的电流IL2>ID，则D灯熄灭前要闪亮一下；若RL2≥RD，原来的电流IL2≤ID，则D灯逐渐熄灭 能量转化 有电能转化为L1中的磁场能 L2中的磁场能转化为电能 学生用书第72页 3.自感中灯泡“闪亮”与“不闪亮”的问题分析方法 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，线圈中电流方向不变 ①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗 ②若I2＞I1，灯泡闪亮后逐渐变暗。灯泡中电流方向改变 针对练． (多选)(2025·四川雅安期末)在如图所示的电路中，D1和D2是两个完全相同的灯泡，线圈L的自感系数足够大，电阻可以忽略不计，下列说法正确的是(　　) A．合上开关S，D1先亮，D2后亮，最后一样亮 B．稳定后断开开关S，D1和D2都要过一会儿才熄灭 C．稳定后断开开关S，D2闪亮一下再熄灭 D．稳定后断开开关S，流过D2的电流方向由右向左 答案：BD 解析：当开关S闭合时，灯D2立即发光，由于线圈L的自感作用，通过灯D1的电流只能逐渐增大，使灯D1逐渐亮起来，所以灯D2比灯D1先亮，由于线圈直流电阻忽略不计，当电流逐渐稳定时，线圈不产生感应电动势，流过两灯的电流相等，亮度相同，故A错误；稳定后当开关S断开瞬间，由于线圈的自感现象，线圈中的电流只能逐渐减小，线圈L、灯D2与灯D1构成闭合回路，两灯都要过一会儿再熄灭，由于两灯泡完全相同，线圈的电阻又不计，则灯D2不会闪亮一下，且流过灯D2的电流方向由右向左，故B、D正确，C错误。 自感现象的图像问题 在如图所示的电路中，开关S闭合且稳定后流过自感线圈的电流是2 A，流过灯泡D的电流是1 A，现将开关S突然断开，能正确反映流过灯泡的电流i在开关S断开前后随时间t变化关系的图像是(　　) [解题指导]　因电感线圈中电流变化时，自感电动势会阻碍电流变化，因此线圈中的电流只能逐渐变化，在分析断电自感时要抓住断电后线圈中电流在原来基础上逐渐减小，与其串联的电路电流与线圈相同。 答案：D 解析：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，由于自感现象线圈中会产生与原电流方向相同的自感电流，使线圈中的电流从2 A逐渐减小，方向不变，且与灯泡D构成闭合回路，通过灯泡D的电流和线圈L中的电流大小相同，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，故D正确。 自感现象中的I­t图像的处理技巧 　　 针对练． (2025·重庆一中期末)如图所示的电路中，电源电动势为E，线圈自感系数为L，电路中的总电阻为R。闭合开关S，电路中电流I遵循规律E－RI＝L，其中I­t图像可能正确的是(　　) 答案：B 解析：由于电路中电流I遵循规律E－RI＝L，由自感规律可知，线圈产生的自感电动势阻碍电流的增大，使电流的增大速度变慢，电路稳定后自感现象消失，故I­t图线的斜率逐渐减小直至斜率为0。 学生用书第73页 知识点二　自感的应用——日光灯 【教材梳理】 (阅读教材P50－P51完成下列填空) 1．日光灯的构造：普通的日光灯由灯管、镇流器、启动器、导线和开关组成，如图所示。 2．镇流器的作用：形成瞬时高压，使灯管的气体放电，日光灯被点亮，正常工作时，镇流器起着降压限流作用。 【师生互动】　如图为日光灯的结构示意图。问题： 任务1.启动器有何特点，在日光灯内起到什么作用？ 任务2.镇流器有何特点，在日光灯工作中起什么作用？ 任务3.简要说明日光灯的工作原理。 提示：任务1.启动器是一个充有氖气的小玻璃泡，里面有两个电极(静触片和动触片)，动、静片间不接触，有一小缝隙。开关闭合后，氖气放电发出辉光，辉光产生的热量使动触片受热膨胀变形，与静触片接触，把电路接通。接触后，辉光放电消失，动触片冷却收缩，使两个触片分离，电路自动断开。 任务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。 任务3.①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，由于电感线圈对交流电有阻碍作用，这时镇流器起着降压限流的作用，保证日光灯正常工作。 如图是日光灯的工作原理电路图，下列说法中正确的是(　　) A．日光灯点亮后，镇流器、启动器都不起作用 B．镇流器能产生瞬时高压点亮灯管，并在灯管亮后起降压限流作用 C．日光灯点亮后，发出的可见光是由灯管内的气体发出 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 答案：B 解析：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。工作后，电流由灯管经镇流器，不再流过启动器，故启动后启动器不再工作，此时电流通过镇流器而降压，不能使镇流器短路，故A、D错误，B正确；日光灯管是因为荧光粉受紫外线照射而发光，故C错误。 日光灯的工作原理 日光灯在接通电源时，启动器首先导通，又立即断开，在断开的瞬间，由于自感现象，镇流器产生很高的自感电动势，而使灯管快速启动。　　 针对练1.(多选)如图为日光灯电路，关于该电路，以下说法中正确的是(　　) A．启动过程中，启动器断开瞬间，镇流器L产生瞬时高压 B．日光灯正常发光后，镇流器L使灯管两端电压低于电源电压 C．日光灯正常发光后启动器是导通的 D．图中的电源可以是交流电源，也可以是直流电源 答案：AB 解析：日光灯中镇流器的作用是当启动器断开的瞬间产生瞬时高压，击穿灯管中的稀薄气体导电，而启动后自感电动势会使灯管两端的电压低于电源电压，故A、B正确；灯管导通后，启动器断开，日光灯只能用交流电源供电，故C、D错误。 针对练2.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(　　) 学生用书第74页 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 答案：C 解析：一般日光灯启动的瞬间把电源、灯丝、镇流器接通，然后启动器自动断开，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。 1．关于线圈的自感系数，下列说法正确的是 (　　) A．线圈的自感系数越大，自感电动势一定越大 B．线圈中电流等于零时，自感系数也等于零 C．线圈中电流变化越快，自感系数越大 D．线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定 答案：D 解析：自感系数是线圈本身的固有属性，只取决于线圈形状、直径、匝数、有无铁芯等因素，而与电流变化快慢等外部因素无关。 自感电动势的大小与线圈的自感系数及电流变化率有关。A、B、C错误，D正确。 2．(2025·广东佛山一中月考)如图所示，L为自感系数足够大的线圈，电路稳定时小灯泡可正常发光，以下说法正确的是 (　　) A．闭合开关S，小灯泡立即变亮 B．断开开关S，小灯泡立即熄灭 C．断开开关S，小灯泡缓慢熄灭 D．断开开关S，小灯泡闪亮一下再慢慢熄灭 答案：B 解析：闭合开关S，线圈中电流要增大，会产生自感电动势，阻碍电流的增大，所以小灯泡慢慢变亮，直到正常发光，A错误；当断开开关S的瞬间，线圈产生自感电动势，但是线圈与小灯泡在开关断开后，不能形成闭合回路，则没有感应电流，小灯泡立即熄灭，B正确，C、D错误。 3．如图所示，灯D1、D2完全相同，带铁芯的线圈L的电阻可忽略。则(　　) A．S闭合的瞬间，D1、D2同时发光，接着D1变暗，D2变亮，最后D1熄灭 B．S闭合瞬间，D1不亮，D2立即亮 C.S闭合瞬间，D1、D2都不立即亮 D．稳定后再断开S的瞬间，D2熄灭，D1比D2(稳定时亮度)更亮 答案：A 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加；由于有铁芯，自感系数较大，对电流的阻碍作用也就很强，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D1，所以D1、D2会同时亮；又由于L中电流很快稳定，感应电动势很快消失，线圈的电阻可忽略，对D1起到“短路”作用，因此，D1熄灭；这时电路的总电阻比刚接通时小，D2变亮。稳定后再断开S瞬间，D2熄灭，D1再次发光，但不会比D2(稳定时亮度)更亮。A正确。 4．(多选)(2025·福建永春高二期中)如图所示是日光灯的电路图，日光灯主要由灯管、镇流器、启动器组成。关于日光灯的原理，下列说法正确的是(　　) A．日光灯启动时，利用了镇流器中线圈的自感现象 B．日光灯正常发光时，镇流器起着降压限流的作用 C．日光灯正常发光后取下启动器，日光灯不能正常工作 D．日光灯正常发光后取下启动器，日光灯仍能正常工作 答案：ABD 解析：镇流器在启动时，利用线圈的自感现象产生瞬时高压，A正确；镇流器在日光灯正常工作时起降压限流作用，使电流稳定在灯管的额定电流范围内，B正确；日光灯正常工作时，灯管两端电压稳定在额定工作电压范围内，由于这个电压低于启动器的电离电压，所以并联在两端的启动器也就不再起作用了，故日光灯正常发光后取下启动器，日光灯仍能正常工作，C错误，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $