高中物理教科版 (2019)选择性必修 第二册4 自感背景图课件ppt

这是一份高中物理教科版 (2019)选择性必修 第二册4 自感背景图课件ppt，共44页。

必备知识·自主预习储备
知识点一　自感现象及自感系数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。
2．通电自感和断电自感
3．自感电动势在________中产生的电动势叫作自感电动势。4．自感系数(1)定义：描述通电线圈自身特性的物理量，又称自感或电感。(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。
思考　当线圈电流减少时，自感电动势方向与原电流方向相同还是相反？提示：相同。
体验1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)线圈自感电动势的大小与自感系数L有关，反过来，L与自感电动势也有关。( )(2)线圈中电流最大的瞬间可能没有自感电动势。( )
知识点二　自感现象的应用——日光灯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。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________。思考　镇流器在启动时和在正常工作时分别起什么作用？启辉器中电容器的作用是什么？提示：瞬时高压，降压限流作用；避免产生电火花。
体验2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)日光灯正常发光后，启动器就不起什么作用了。( )(2)镇流器只起升压作用。( )
关键能力·情境探究达成
考点1　对自感现象的理解和应用
考点2　自感现象中的图像问题
考点3　对日光灯原理的理解
如图所示①A1、A2 是规格完全一样的灯泡。②闭合电键S，调节变阻器R和R1 ，使A1、A2亮度相同且正常发光。③然后断开开关S。重新闭合S，观察到什么现象？提示：灯泡A2立刻正常发光，跟线圈L串联的灯泡A1逐渐亮起来。
考点1　对自感现象的理解和应用1．对自感现象的分析思路(1)明确通过自感线圈的电流大小的变化情况(是增大还是减小)。(2)根据“增反减同”，判断自感电动势的方向。(3)分析阻碍的结果：当电流增强时，由于自感电动势的作用，线圈中的电流逐渐增大，与线圈串联的元件中的电流也逐渐增大；当电流减小时，由于自感电动势的作用，线圈中的电流逐渐减小，与线圈串联的元件中的电流也逐渐减小。
2．自感现象中，灯泡亮度变化的问题
【典例1】　(多选)如图所示，灯A、B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，灯A、B同时发光，接着灯A变暗，灯B更亮，最后灯A熄灭B．S闭合瞬间，灯A不亮，灯B立即亮C．S闭合瞬间，灯A、B都不立即亮D．稳定后再断开S的瞬间，灯B立即熄灭，灯A闪亮一下再熄灭
AD　[S接通的瞬间，L所在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灯A，所以灯A、B会同时亮；又由于L中电流逐渐稳定，感应电动势逐渐消失，灯A逐渐变暗，线圈的电阻可忽略，对灯A起到“短路”作用，因此灯A最后熄灭。这个过程电路的总电阻比刚接通时小，由闭合电路知识可知，灯B会更亮。稳定后S断开瞬间，由于线圈的电流较大，L与灯A组成回路，灯A要闪亮一下再熄灭，灯B立即熄灭，故A、D正确。]
[母题变式]　在[典例1]中，若线圈L的电阻为RL且RL>RA(RA为灯A的电阻)，稳定后断开S的瞬间，两个灯的亮暗变化情况是怎样的？提示：B灯立即熄灭，A灯(不会闪亮)逐渐熄灭。
(1)断开开关后，灯泡是否瞬间变得更亮，取决于电路稳定时两支路中电流的大小关系，即由两支路中电阻的大小关系决定。(2)若断开开关后，线圈与灯泡不能组成闭合回路，则灯泡会立即熄灭。(3)自感线圈直流电阻小与直流电阻不计含义不同，稳定时，前者相当于定值电阻，后者出现短路。
[跟进训练]1．如图所示，L1和L2是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其电阻与R相同，由于存在自感现象，在开关S接通和断开时，L1、L2先后亮暗的顺序是(　　)
A．接通时，L1先达最亮；断开时，L1后暗B．接通时，L2先达最亮；断开时，L2后暗C．接通时，L1先达最亮；断开时，L1先暗D．接通时，L2先达最亮；断开时，L2先暗
A　[开关闭合时，由于线圈L的自感作用阻碍电流的增大，所以大部分电流从L1中流过，L1先达最亮；开关断开时，线圈中产生的自感电动势阻碍电流减小，自感电流方向与原电流的方向相同，且只能在L与L1的闭合回路中流过，L1中有自感电流，所以L1后暗，故A正确。]
考点2　自感现象中的图像问题自感现象中的I-t图像的处理技巧
【典例2】　如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，电感L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值。在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t＝t1时刻断开开关S。如选项图所示，表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像中，正确的是(　　)
A　　　　 B　　　　C　　　　D
B　[开关S闭合的瞬间，由于L的阻碍作用，由R与L组成的支路相当于断路，后来由于L的阻碍作用不断减小，相当于外电路并联部分的电阻不断减小，根据闭合电路欧姆定律可知，整个电路中的总电流增大，由U内＝Ir得内电压增大，由UAB＝E－Ir得路端电压UAB减小；电路稳定后，由于R的阻值大于灯泡D的阻值，所以流过L支路的电流小于流过灯泡D的电流；当开关S断开时，由于电感L的自感作用，流过灯泡D的电流立即与L电流相等，与灯泡原来的电流方向相反且逐渐减小，即UAB反向减小，B正确。]
(1)L中电流变化时，自感电动势对电流有阻碍作用，随着时间的延续，其阻碍作用逐渐变小。(2)UAB有正负之分，根据流过灯泡D的电流方向确定UAB的正负。
[跟进训练]2．在如图所示的电路中，两个相同的小灯泡A1和A2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，调整R，使A1和A2发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均为I。然后，断开开关S。若t′时刻再闭合开关S，则在t′前后的一小段时间内，选项图中正确反映流过A1的电流i1、流过A2的电流i2随时间t变化的图像是(　　)
A　　　　B　　 　C　　 　D
B　[由题中给出的电路可知，电路由L与A1和A2与R两个支路并联，在t′时刻之后，A1支路的电流因为有L的自感作用，所以i1由0逐渐增大，A2支路为纯电阻电路，i2不存在逐渐增大或减小的过程；t′时刻之前，流过A1、A2的电流都正向减小，由选项图分析可知，四个选项都不合题意，故B正确。]
考点3　对日光灯原理的理解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形动触片冷却收缩，两个触片分离，电路自动断开。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一起加在灯管两端，形成一个瞬时高电压，使灯管中的气体击穿，于是日光灯开始发光。
3．日光灯正常发光后，由于交变电流通过镇流器线圈，线圈中会产生自感电动势，它总是阻碍电流变化，镇流器起降压限流的作用，保证日光灯正常发光。
【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，综上所述，A、B、D正确。]
镇流器作用的两点说明(1)日光灯管在启动时需要500～700 V的瞬时高压，这个高压是由镇流器产生的自感电动势与电源电压叠加后产生的。(2)当灯管正常发光后，它的电阻变得很小，允许通过较小的电流，需要加在它两端的电压变小，镇流器这时又起到给灯管降压限流的作用。
[跟进训练]3．(多选)如下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(　　)
A　　　　B　　　　　C　　　　 D
AC　[日光灯工作时，电流通过镇流器、灯丝、电源和启动器形成回路，使启动器发出辉光，相当于启动器短路，同时电流加热灯丝，灯丝发射电子，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)，故A、C正确。]
学习效果·随堂评估自测
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D　[自感系数是线圈本身的固有属性，只取决于线圈长短、粗细、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自感系数及电流变化率有关，A、B、C错误，D正确。]
2．如图所示，L为自感系数较大的线圈，电路稳定后小灯泡正常发光，当断开开关S的瞬间会有(　　)A．灯A立即熄灭B．灯A慢慢熄灭C．灯A突然闪亮一下再慢慢熄灭D．灯A突然闪亮一下再突然熄灭
A　[本题中，当开关S断开时，由于通过自感线圈的电流从有变到零，线圈将产生自感电动势，但由于线圈L与灯A在S断开后不能形成闭合回路，故在开关断开后通过灯A的电流为零，灯立即熄灭，故A正确。]
3．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C　[一般日光灯启动时，瞬间把电源、灯丝、镇流露接通，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。]
4．如图所示，电源的电动势E＝15 V，内阻忽略不计，R1＝5 Ω，R2＝15 Ω，电感线圈的电阻不计，求当开关S接通的瞬间、S接通达到稳定时及S断开的瞬间流过R1的电流。