2.2 自感 学案（2020年鲁科版高中物理选修3-2）

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1、第第 2 节节 自感自感 学习目标 核心提炼 1.了解自感现象，认识自感电动势对电路中 电流的影响， 并能对含线圈的电路进行分析。 1 种现象自感现象 2 个概念自感电动势、自感系 数 2 个重点通电自感、断电自感 现象的成因 2.了解自感系数的意义和决定因素。 3.知道磁场具有能量。 自感现象 自感电动势 自感系数 阅读教材第 2932 页，理解自感现象、自感电动势及自感系数的决定因素。 1.自感现象：由于导体自身的电流变化所产生的电磁感应现象。 图 1 2.自感电动势对电流的作用：电流增加时，自感电动势阻碍电流的增加；电流减 小时，自感电动势阻碍电流的减小。 实验 1：演示通电自感现象。

2、实验电路如图 1 所示，开关 S 接通时，可以看到灯泡 2 立即发光，而灯泡 1 是逐 渐亮起来的。 实验 2：演示断电自感现象。 图 2 实验电路如图 2 所示，线圈 L 的电阻比灯泡的电阻小，接通电路，灯泡正常发光 后，迅速断开开关 S，可以看到灯泡闪亮一下再逐渐熄灭。 3.自感电动势 (1)定义：由导体自身电流变化所产生的感应电动势。 (2)作用：自感电动势总是阻碍导体自身的电流发生变化。 4.自感系数 (1)决定因素：线圈的大小、形状、圈数以及是否有铁芯等。 (2)单位：亨利，简称亨，符号是 H。常用单位还有毫亨(mH)、微亨(H)。1 H 103 mH106 H。 思考判断 (1)自

3、感现象中，感应电流方向一定和原电流方向相反。( ) (2)线圈中产生的自感电动势较大时，其自感系数一定较大。( ) (3)对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感电动势较大。() (4)一个线圈中的电流均匀增大，自感电动势也均匀增大。( ) 预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中 问题 1 问题 2 对自感现象的理解 要点归纳 1.自感现象的原理：当导体线圈中的电流发生变化时，电流产生的磁场也随之变 化，引起线圈中磁通量发生变化，由法拉第电磁感应定律可知，线圈会产生阻碍 自身电流变化的自感电动势。 2.对自感电动势的理解 (1)作用：阻碍原电流的变化。阻碍不是阻止，原电流仍在变化，

4、只是使原电流的 变化时间变长，即总是起着推迟电流变化的作用，这就是电的“惯性”。 (2)方向：总是阻碍引起自感电动势的原电流的变化，有“增反减同”的特点。 当原电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反。 当原电流减小时，自感电动势的方向与原电流方向相同。 (3)大小： 由电流变化的快慢(即电流的变化率)和线圈的自身结构(自感系数)共同决 定，即 ELI t。 3.自感现象的三个状态 (1)通电瞬间状态：通电瞬间自感线圈相当于一个阻值无穷大的电阻，其所在的支 路相当于断路。 (2)通电稳定状态：电路中电流稳定后，自感线圈相当于一段理想导线或纯电阻。 (3)断电瞬间状态：电路刚断开瞬间，自感线

5、圈相当于一个电源，对能够与它组成 闭合回路的用电器供电，并且刚断开电路的瞬间通过自感线圈的电流大小和方向 与电路稳定时通过自感线圈的电流大小和方向相同。 精典示例 例 1 (多选)如图 3 所示， L 是一个纯电感线圈(线圈的电阻不计)， A 为一个灯泡， 下列说法中正确的是( ) 图 3 A.开关 S 闭合瞬间和断开瞬间，灯泡中都有从 a 到 b 的电流通过 B.开关 S 闭合瞬间，灯泡中有从 a 到 b 的电流通过，断开瞬间电流则为从 b 到 a C.开关 S 闭合瞬间，灯泡中有从 a 到 b 的电流通过，断开瞬间则没有电流通过 D.开关 S 闭合和断开瞬间，灯泡中都有电流通过 解析 开关

6、 S 接通瞬间，L 相当于断路，有电流通过灯泡，电流方向由 a 到 b； 而断开瞬间，L 相当于电源，给灯泡供电，电流方向是从 b 到 a，故 A、C 错误， B、D 正确。 答案 BD 针对训练 1 在研究自感现象的实验中，用两个完全相同的灯泡 A、B 与自感系 数很大的线圈 L 和定值电阻 R 组成如图 4 所示的电路(线圈的直流电阻可忽略， 电 源的内阻不能忽略)，关于这个实验下面说法正确的是( ) 图 4 A.闭合开关的瞬间，A、B 一起亮，然后 A 熄灭 B.闭合开关的瞬间，B 比 A 先亮，然后 B 逐渐变暗 C.闭合开关，待电路稳定后断开开关，B 逐渐变暗，A 闪亮一下然后逐渐变

7、暗 D.闭合开关，待电路稳定后断开开关，A、B 灯中的电流方向均为从左向右 解析 闭合开关的瞬间，线圈中产生很大的自感电动势，阻碍电流的通过，故 B 立即亮，A 逐渐变亮。随着 A 中的电流逐渐变大，流过电源的电流也逐渐变大， 路端电压逐渐变小， 故 B 逐渐变暗， 选项 A 错误， B 正确； 电路稳定后断开开关， 线圈相当于电源，对 A、B 供电，回路中的电流在原来通过 A 的电流的基础上逐 渐变小，故 A 逐渐变暗，B 闪亮一下然后逐渐变暗，选项 C 错误；断开开关后， 线圈中的自感电流从左向右，A 灯中电流从左向右，B 灯中电流从右向左，故选 项 D 错误。 答案 B 两种自感现象及分

8、析 要点归纳 1.断电自感 实验电路 实验要求 电路稳定时 L1、L2亮度相同 ILIL1 L1闪亮一下再逐渐 熄灭 L2立 刻熄 灭 R0为纯电阻，不产生自感现象， L2立即熄灭。L 为自感系数较大 的线圈，断开 S 后，L 中产生自 感电动势，与 L1组成闭合回路， 线圈中的电流逐渐减小 ILIL1 L1由原来亮度逐渐 熄灭 ILIL1 L1逐渐变暗再熄灭 2.通电自感 实验电路 实验要求 电路稳定时 L1、L2亮度相同 S 闭合 的瞬间 L1先亮 由于 L1支路为纯电阻电路，不产生自感现象 L2逐渐变亮， 最 后与 L1一样亮 由于 L 的自感作用阻碍 L2支路电流增大， 出现“延 迟”

9、现象 精典示例 例 2 (多选)如图 5 所示的电路中，A、B 为两个完全相同的灯泡，L 是自感系数 很大的线圈，其电阻与 R 相等，下列说法正确的是( ) 图 5 A.在断开 S2的情况下，若突然闭合 S1时，A、B 灯均逐渐亮起来 B.在断开 S2的情况下，若突然闭合 S1时，A 灯立即发光，B 灯逐渐亮起来 C.闭合 S1、S2待电路稳定后，若突然断开 S1，则 A、B 灯均不会立即熄灭 D.闭合 S1、S2待电路稳定后，若突然断开 S1，则 A 灯不会立即熄灭，而 B 灯立 即熄灭 解析 在断开 S2的情况下，若突然闭合 S1时，由于线圈的自感现象，出现自感 电动势阻碍电流的增大，则

10、A 灯立即亮，B 灯逐渐亮，A 错误，B 正确；当同时 闭合 S1、S2，待电路稳定后突然将 S1断开，B 灯立即熄灭，因自感现象，L 与 A 组成回路，A 灯不会立即熄灭，而是逐渐熄灭，故选项 C 错误，D 正确。 答案 BD 自感线圈对电流的变化有阻碍作用，具体表现为 (1)通电瞬间自感线圈处相当于断路。 (2)断电时，自感线圈相当于电源，其电流由原值逐渐减小，不会发生突变(必须有 闭合回路)。 (3)电流稳定时自感线圈相当于导体，若其直流电阻忽略不计，则相当于导线。 针对训练 2 如图 6 所示的电路中，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

11、S 突然断开，S 断开前后，能正确反映流过灯 泡的电流 i 随时间 t 变化关系的图象是( ) 图 6 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， 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感应电动势， 使线圈中的电流从原来的 2 A 逐渐减小，方向不变，且同灯泡 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，选项 D 正确。 答案 D 1.(自感电动势的理解)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，

12、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，自感电动势为零 D.通过线圈的电流为最大值的瞬间，自感电动势最大 解析 电感一定时，电流变化越快，I t越大，由 EL I t知，自感电动势越大，选 项 A 错误，B 正确；线圈中电流为零时，电流的变化率不一定为零，自感电动势 不一定为零，选项 C 错误；当通过线圈的电流最大时，电流的变化率为零，自感 电动势为零，选项 D 错误。 答案 B 2.(两种自感现象)如图 7 甲和乙是教材中演示自感现象的两个电路图，L1和 L2为 电感线圈。实验时，断开开关 S1瞬间，灯 A1突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开

13、关 S2，灯 A2逐渐变亮，而另一个相同的灯 A3立即变亮，最终 A2与 A3的亮度相 同。下列说法正确的是( ) 图 7 A.图甲中，A1与 L1的电阻值相同 B.图甲中，闭合 S1，电路稳定后，A1中电流大于 L1中电流 C.图乙中，变阻器 R 与 L2的电阻值相同 D.图乙中，闭合 S2瞬间，L2中电流与变阻器 R 中电流相等 解析 图甲中，开关 S1断开瞬间，灯 A1突然闪亮，随后逐渐变暗，说明电路闭 合稳定时 IL1IA1，故 RL1RA1，选项 A、B 错误；图乙中，电路稳定后 A2与 A3 的亮度相同，说明两支路电流相等，故 RRL2，选项 C 正确；闭合 S2瞬间，L2 对电流

14、的变化起阻碍作用，L2所在支路的电流小于滑动变阻器所在支路的电流， 选项 D 错误。 答案 C 3.(两种自感现象)(多选)如图 8 所示的电路中，A1和 A2是完全相同的灯泡，线圈 L 的电阻可以忽略不计，下列说法正确的是( ) 图 8 A.合上开关 S 接通电路时，A2先亮 A1后亮，最后一样亮 B.合上开关 S 接通电路时，A1和 A2始终一样亮 C.断开开关 S 切断电路时，A2立即熄灭，A1过一会熄灭 D.断开开关 S 切断电路时，A1和 A2都要过一会才熄灭 解析 S 闭合接通电路时，A2支路中的电流立即达到最大，A2先亮；由于线圈的 自感作用，A1支路电流增加的慢，A1后亮。A1

15、中的电流稳定后，线圈的阻碍作 用消失，A1与 A2并联，亮度一样，选项 A 正确，B 错误；S 断开时，L 和 A1， A2组成串联的闭合回路，A1和 A2亮度一样，由于 L 中产生自感电动势阻碍 L 中 原电流的消失，使 A1和 A2过一会才熄灭，故选项 C 错误，D 正确。 答案 AD 4.(自感的图象分析)如图 9 中 L 是绕在铁芯上的线圈，它与电阻 R、R0、开关 S1、 S2和电池 E 构成闭合回路，开关 S1和 S2开始都处在断开状态。设在 t0 时刻， 接通开关 S1，经过一段时间，在 tt1时刻，再接通开关 S2，则能较准确表示电 阻 R 两端的电势差 Uab随时间 t 变化的图线的是( ) 图 9 解析 在 t0 时刻，接通开关 S1，由于通电自感现象，电阻 R 的电流逐渐增大， 故 Uab随时间 t 逐渐增大，在 tt1时刻，再接通开关 S2，则线圈与 R 构成的部分 电路被短路，但由于线圈的断电自感，该部分电路的电流要逐渐减小，故 Uab随 时间 t 逐渐减小，由楞次定律可知电势差方向不变，A 正确。 答案 A