资源简介

2.4　自感
学习目标
1.通过任务1及其活动,知道自感现象及其原理,能分析自感现象中的能量转化问题。(物理观念、科学思维)
2.通过任务2及其活动,知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量,知道它的单位及大小决定因素。(物理观念)
【自主预习·悟新知】
思考并回答问题。
思考:如图所示的电路中,a、b、c为三盏完全相同的灯泡,L是自感线圈,线圈的阻值不可忽略。合上开关后, 三盏灯的亮度怎么变化 断开开关后,三盏灯的亮度怎么变化
正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)线圈中电流变化越大,线圈自感系数越大。 (　　)
(2)对于某一线圈,自感电动势正比于电流的变化量。 (　　)
(3)一个线圈中的电流均匀增大,这个线圈的自感系数、自感电动势都不变。 (　　)
(4)自感电动势总与原电流方向相反。 (　　)
【合作探究·提素养】
任务1　自感现象
　　实验:在图示的电路中,两个灯泡A1和A2的规格相同,A1与线圈L串联后接到电源上,A2与可调电阻R串联后接到电源上。先闭合开关S,调节电阻R,使两个灯泡的亮度相同,再调节可调电阻R1,使它们都正常发光,然后断开开关S。
1.闭合开关时,观察两个灯泡的发光情况有什么不同 思考并讨论发生这种现象的原因。


2.闭合开关待电路稳定后,再断开开关,两个灯泡会立即熄灭吗


3.实验中开关闭合与断开瞬间,线圈中感应电流的方向与原电流的方向有什么关系 产生的感应电动势在电路中起什么作用

1.自感现象
(1)当一个线圈中的①　　时,它所产生的变化的磁场在线圈本身激发出感应电动势,这种现象叫自感现象。
(2)发生自感现象的线圈也会产生电动势,即自感电动势。它的大小与穿过线圈的磁通量的变化率成②　　(选填“正比”或“反比”)。
2.磁场的能量
(1)自感现象中线圈中的电流从无到有时:磁场从无到有,电源的能量输送给③　　,储存在④　　中。
(2)线圈中电流减小时:⑤　　中的能量释放出来转化为电能。
应用1　通电自感与断电自感
如图所示,两个小灯泡A、B规格相同,A灯与滑动变阻器串联后接入电路,B灯与自感系数相当大的线圈L串联后接入电路。先调节滑片置于P点,再闭合开关,一段时间后,发现A灯和B灯一样亮。下列说法正确的是 (　　)
A.滑片置于P点时,滑动变阻器接入电路的电阻小于线圈的直流电阻
B.闭合开关瞬间,A、B灯均缓慢变亮
C.断开开关瞬间,电流自左向右通过B灯
D.现将滑片右移,再断开开关,A、B灯均闪亮后再缓慢变暗
自感电动势对原电流的阻碍遵循什么规律

归纳总结 通电自感和断电自感 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A1较慢地亮起来阻碍电流的增加断电 自感断开开关的瞬间,灯泡A逐渐变暗。有时灯泡A会闪亮一下,然后逐渐变暗阻碍电流的减小
应用2　不同元件对电流的阻碍作用
(多选)某同学用如图1所示的电路,借助电流传感器研究不同元件通电时的电流变化情况,实验室提供的元件有小灯泡(电阻会随温度的升高而增大)、定值电阻、电感线圈和电容器。t0时刻闭合开关S,测得通过不同元件的电流随时间变化的图像如图2所示,下列说法正确的是 (　　)
图1
　　　甲　　　　　乙　　　　　丙　　　　　丁
图2
A.甲对应的元件为小灯泡
B.乙对应的元件为定值电阻
C.丙对应的元件为电感线圈
D.丁对应的元件为电容器
任务2　自感系数
　　阅读课本“自感系数”部分的内容,回答下列问题。
1.自感电动势的大小与什么因素有关


2.如图所示,为什么电路板上电感线圈的尺寸大小和匝数不一样

3.什么是自感系数 自感系数与哪些因素有关 它的单位是什么


4.在“断电自感”的实验中,开关断开后,灯泡的发光还能维持一小段时间,有时甚至会比开关断开之前更亮。这时灯泡的能量是从哪里来的


自感系数(L)
(1)线圈的自感系数由线圈的⑥　　、⑦　　、匝数和有无铁芯等决定。
(2)在国际单位制中,自感系数的单位是亨利(符号H),且1亨=⑧　　毫亨=⑨　　微亨。
问题讨论
(1)自感现象中自感电动势有什么作用 如何描述自感电动势的方向
(2)自感系数的物理意义是什么
(3)自感系数L在自感现象的能量转化中所起的作用是什么
【随堂检测·精评价】
1.(任务1)如图所示,A、B是两个完全相同的白炽灯,L是自感系数很大,电阻可忽略不计的自感线圈,下列说法正确的是 (　　)
A.断开开关S时,B灯立即熄灭而A灯缓慢熄灭
B.断开开关S时,B灯一定会闪亮一下
C.断开开关S时,B灯可能会闪亮一下
D.闭合开关S时,B灯比A灯先亮,最后一样亮
2.(任务1)在如图所示的电路中,两个相同的小灯泡L1和L2分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器R。闭合开关S后,调节R,使L1和L2发光的亮度一样,此时流过两个灯泡的电流均为I。然后断开S。若t'时刻再闭合开关S,则在t'前后的一小段时间内,能正确反映流过L1的电流i1和流过L2的电流i2随时间t变化的图像是 (　　)
A　　　 　B　　　　C　　　　D
3.(任务2)关于自感现象,下列说法正确的是 (　　)
A.自感电动势的方向一定与原电流方向相反
B.线圈中产生的自感电动势较大,其自感系数一定较大
C.对于同一线圈,当电流变化较快时,线圈中的自感系数也较大
D.对于同一线圈,当电流变化较快时,线圈中产生的自感电动势也较大
答案与解析
自主预习·悟新知
思考:闭合开关后,因线圈L中的电流增大,磁通量增大,产生自感电动势,根据楞次定律可知,自感电动势阻碍电流的增大,通过c灯的电流逐渐增大,所以a、b先亮,c后亮;合上开关一会儿后,因线圈有电阻,则当电路中电流稳定时,c中的电流小于b中的电流,断开开关后,a因回路被断而立刻熄灭,自感线圈L中的电流减小,出现自感现象,阻碍回路的电流减小,由自感线圈L、灯泡c、灯泡b组成回路,则b、c两盏灯中的电流会逐渐减小,两灯逐渐变暗,最后熄灭。
判断　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　
合作探究·提素养
任务1
问题引领
1.A2正常发光,A1比A2亮得晚。电路接通时,电流由零开始增加,穿过线圈L的磁通量随之增加,在L中产生自感电动势阻碍磁通量(电流)的增加,推迟了电流达到正常值的时间,所以A1比A2晚亮。
2.电路稳定后再断开开关,由于线圈L与两个灯泡组成了闭合电路,线圈产生自感电动势阻碍电流的减小,两个灯泡不会立即熄灭。
3.开关闭合时,感应电流的方向与原电流的方向相反;开关断开时,感应电流的方向与原电流的方向相同,产生的感应电动势在电路中对电流的变化(增大或减小)起阻碍作用。
知识生成　①电流变化　②正比　③磁场　④磁场　⑤磁场
应用探究
例1　【答案】C
【提示】自感电动势对原电流的阻碍遵循“增反减同”。
【解析】闭合开关一段时间后,A灯和B灯一样亮,说明此时滑动变阻器接入电路的电阻等于线圈的直流电阻,A项错误;开关闭合瞬间,A灯立即变亮,B灯由于线圈L的自感,使得流入B灯的电流从零开始逐渐变大,B灯逐渐变亮,B项错误;开关闭合时,流过线圈的电流方向是自左向右的,断开开关,由于线圈的自感,电流不能马上减到零,电流方向仍自左向右,即流过B灯的电流自左向右,C项正确;滑片右移,滑动变阻器接入电路的电阻变大,此时滑动变阻器接入电路的电阻大于线圈的直流电阻,流过A灯的电流小于流过B灯的电流,接着断开开关,线圈充当电源,流过A灯的电流先变大再逐渐变小,流过B灯的电流缓慢变小,故A灯闪亮后再缓慢变暗,B灯缓慢变暗,D项错误。
例2　CD　【解析】闭合开关后,通过定值电阻的电流不变,对应甲。由于小灯泡的电阻会随温度的升高而增大,所以通过小灯泡的电流会逐渐减小,但不会为0,对应乙。电感线圈由于自感,闭合开关瞬间电流为0,然后慢慢增大,对应丙。电容器在闭合开关瞬间处于充电状态,然后电流慢慢减小,充电结束,电流为0,对应丁。
任务2
问题引领
1.自感电动势的大小跟其他感应电动势的大小一样,与磁通量的变化快慢有关。在自感现象中,磁通量的变化是由线圈自身的电流变化引起的,故自感电动势的大小跟导体中电流变化的快慢有关。
2.不同的电感线圈阻碍电流变化的本领不同。
3.把E∝写成等式就是E=L。比例系数L叫作自感系数,简称自感或电感。自感系数与线圈的大小、形状、匝数,以及是否有铁芯等因素有关。电感的单位是亨利,简称亨,符号是H。常用的单位还有毫亨(mH)、微亨(μH)。
4.当开关闭合时,线圈中的电流从无到有,其中的磁场也是从无到有,这可以看作电源把能量输送给磁场,储存在磁场中。开关断开以后,线圈中的磁场发生变化产生感应电流,给小灯泡供电,磁场能向电能转化,小灯泡中的能量来自磁场。
知识生成　⑥大小　⑦形状　⑧103　⑨106
应用探究
活动　(1)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化,即总是起着延长电流的变化时间的作用。当原来电流增大时,自感电动势与原来电流方向相反;当原来电流减小时,自感电动势与原来电流方向相同。
(2)自感系数是表征线圈产生自感电动势本领大小的物理量,数值上等于通过线圈的电流在1 s内改变1 A时产生的自感电动势的大小。
(3)自感系数L越大,产生自感现象的本领越大,在电流变化快慢相同的情况下,产生的自感电动势越大,电流克服自感电动势所做的功越多,电能转化的磁场能越多,因而当线圈中电流稳定时,线圈储存的磁场能越多;当断开电路时,磁场能转化的电能越多且持续的时间也越长。也可以说自感系数大的线圈,电流的“惯性”更大些。
随堂检测·精评价
1.D　【解析】断开开关S的瞬间,线圈与两灯一起构成一个新的自感回路,由于自感作用,通过线圈的电流逐渐减小,两灯同时缓慢熄灭,由于线圈的电阻可以忽略,断开开关前两灯中的电流大小相同,因此B灯一定不会闪亮,A、B、C三项错误;开关S闭合的瞬间,电源的电压同时加到两支路的两端,B灯立即发光,由于线圈的自感电动势阻碍A灯所在支路电流的增加,因此A灯逐渐变亮,由于线圈的电阻可以忽略,最后A灯会和B灯一样亮,D项正确。
2.B　【解析】与滑动变阻器R串联的L2没有自感,直接变亮,电流变化图像如A中图线所示,C、D两项错误。与带铁芯的电感线圈串联的L1,由于自感,电流逐渐变大,A项错误,B项正确。
3.D　【解析】自感电动势总是阻碍原电流的变化,当原电流增加时,自感电动势与其反向,当原电流减小时,自感电动势与其同向,A项错误;自感系数是由线圈本身决定的,与自感电动势的大小、电流变化快慢无关,B、C两项错误;对于同一线圈,自感系数是不变的,根据公式E=L可知电流变化越快时,产生的自感电动势越大,D项正确。

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