2017-2018學年高中創(chuàng)新設計物理粵教版選修3-2練習：第一章 第六節(jié) 自感現象及其應用

學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精第六節(jié)自感現象及其應用1．由于導體線圈本身的電流發(fā)生變化而產生的電磁感應現象，叫自感現象．在自感現象中產生的電動勢叫做自感電動勢．2．自感電動勢的大小跟穿過線圈的磁通量變化快慢(即電流變化快慢）有關，還跟線圈的自感系數有關．線圈的橫截面積越大，匝數越多，它的自感系數就越大，有鐵芯時的自感系數比沒有鐵芯時要大得多．3．日光燈主要由燈管、鎮(zhèn)流器、啟動器、導線和開關組成．燈管中氣體在導電時主要發(fā)出紫外線,熒光粉受到紫外線的照射發(fā)出可見光,啟動器的作用為自動開關．鎮(zhèn)流器在啟動器動靜觸片斷開后，提供瞬時高壓點燃燈管，之后起到降壓限流的作用．4．(雙選)通過一個線圈的電流在均勻增大時,則這個線圈的()A．自感系數也將均勻增大B．自感電動勢也將均勻增大C．磁通量也將均勻增大D．自感系數和自感電動勢不變答案CD解析線圈的磁通量與電流大小有關，電流增大,磁通量增大,故C項正確；而自感系數由線圈本身決定,與電流大小無關；自感電動勢EL＝Leq\f(ΔI，Δt)，與自感系數和電流變化率有關,對于給定的線圈，L一定，已知電流均勻增大，說明電流變化率恒定，故自感電動勢不變，D項正確．5．關于線圈自感系數的說法，錯誤的是（）A．自感電動勢越大，自感系數也越大B．把線圈中的鐵芯抽出一些，自感系數減小C．把線圈匝數增加一些,自感系數變大D．電感是自感系數的簡稱答案A解析自感系數是由線圈本身的特性決定的．線圈越長，單位長度上的匝數越多，橫截面積越大，它的自感系數就越大．另外，有鐵芯的線圈的自感系數比沒有鐵芯時要大得多．6．如下圖所示，S為啟動器,L為鎮(zhèn)流器，其中日光燈的接線圖正確的是(）答案A解析根據日光燈的工作原理，要想使日光燈發(fā)光，燈絲需預熱發(fā)出電子,燈管兩端應有瞬時高壓，這兩個條件缺一不可．當動、靜觸片分離后,選項B中燈管和電源斷開，選項B錯誤；選項C中鎮(zhèn)流器與燈管斷開，無法將瞬時高壓加在燈管兩端,選項C錯誤．選項D中燈絲左、右端分別被短接，無法預熱放出電子，不能使燈管中氣體導電，選項D錯誤．只有選項A是正確的．【概念規(guī)律練】知識點一對自感現象的理解1．關于自感現象，正確的說法是(）A．感應電流一定和原來的電流方向相反B．對于同一線圈，當電流變化越大時,線圈產生的自感電動勢也越大C．對于同一線圈,當電流變化越快時，線圈的自感系數也越大D．對于同一線圈,當電流變化越快時,線圈中的自感電動勢也越大答案D解析當電流增加時，自感電動勢的方向與原來的電流反向,當電流減小時與原來的電流同向，故選項A錯誤;自感電動勢的大小,與電流變化快慢有關,與電流變化大小無關，故選項B錯誤；自感系數只取決于線圈的本身因素,與電流變化情況無關．故選項C錯誤；結合選項B的錯誤原因可知，選項D正確．點評自感的實質仍然是電磁感應現象,電流的強弱決定其周圍磁場的強弱，當電流變化時引起電流周圍的磁場發(fā)生變化，就會在線圈中產生感應電動勢．2．關于線圈的自感系數、自感電動勢下列說法中正確的是()A．線圈中電流變化越大,線圈自感系數越大B．對于某一線圈，自感電動勢正比于電流的變化量C．一個線圈的電流均勻增大，這個線圈自感系數、自感電動勢都不變D．自感電動勢總與原電流方向相反答案C知識點二通電自感和斷電自感3．如圖1所示電路中，A、B是完全相同的燈泡，L是電阻不計的電感線圈,下列說法中正確的是（）圖1A．當開關S閉合時，A燈先亮，B燈后亮B．當開關S閉合時，B燈先亮,A燈后亮C．當開關S閉合時，A、B燈同時亮，以后B燈更亮，A燈熄滅D．當開關S閉合時，A、B燈同時亮，以后亮度不變答案C解析當開關S閉合時,電路中電流增加，由于線圈的自感作用，其中產生一自感電動勢阻礙電流的增加，此時A、B二燈相當于串聯，同時亮;之后線圈相當于一段導線，將A燈短路,A燈熄滅,因B燈所加電壓增加而變得更亮．點評開關閉合時，線圈自感電動勢與電源電動勢方向相反，若自感系數足夠大，瞬間可以認為斷路,隨即變緩直至消失．4．（雙選）在如圖2所示的電路中，帶鐵芯的、電阻較小的線圈L與燈A并聯,當合上開關S后燈A正常發(fā)光．則下列說法中正確的是（)圖2A．當斷開S時,燈A立即熄滅B．當斷開S時，燈A突然閃亮后熄滅C．用阻值與燈A相同的線圈取代L接入電路，當斷開S時，燈A逐漸熄滅D．用阻值與線圈L相同的電阻取代L接入電路，當斷開S時，燈A突然閃亮后熄滅答案BC解析在S斷開的瞬間，L與A構成閉合回路，燈A不會立即熄滅．問題是“小燈泡在熄滅之前是否更亮一下”這一點如何確定．根據P＝I2R可知，燈A能否閃亮，取決于S斷開的瞬間,流過A的電流是否更大一些．在斷開S的瞬間,燈A中原來的電流IA立即消失．但燈A和線圈L組成一閉合回路，由于線圈L的自感作用，其中的電流IL不會立即消失,它還要通過回路維持短暫的時間．如果IL>IA，則燈A熄滅之前要閃亮一下；如果IL≤IA,則燈A是逐漸熄滅而不閃亮一下．至于IL和IA的大小關系，由RA和RL的大小關系決定：若RA>RL,則IA〈IL,燈將閃亮一下；若RA≤RL，則IA≥IL，燈將逐漸熄滅．點評開關斷開時，原電源不提供電流，若線圈形成回路，則自感電動勢會通過回路形成電流，因此斷電時線圈起到瞬間電源的作用．知識點三日光燈5．（雙選）在日光燈電路中接有啟動器、鎮(zhèn)流器和日光燈管，下列說法中正確的是（)A．鎮(zhèn)流器在點燃燈管時產生瞬時高壓、點燃后起降壓限流作用B．日光燈點燃后，鎮(zhèn)流器、啟動器都不能起作用C．日光燈點燃后，啟動器不再起作用，可以將啟動器去掉D．日光燈點燃后，使鎮(zhèn)流器短路，日光燈仍能正常發(fā)光,并能降低電能的消耗答案AC解析鎮(zhèn)流器在日光燈點燃時產生一個瞬時高壓，點燃后起到降壓限流作用，故A對;點燃后，鎮(zhèn)流器仍有用，降壓限流，而啟動器就不起作用了,可以將啟動器去掉,故B不對，C對；日光燈燈管電阻很小，電流不能太大，燈管發(fā)光后，由于通入了交流電,使線圈產生了自感作用,阻礙了電流的變化，鎮(zhèn)流器起降壓限流的作用，若使鎮(zhèn)流器短路日光燈就不能正常工作了,故D不對．點評日光燈管在點燃和正常發(fā)光時的工作狀態(tài)：日光燈管在點燃時需要500V～700V的瞬時高壓，這個高壓是由鎮(zhèn)流器產生的自感電動勢與電源電壓疊加后產生的．當燈管點燃后,它的電阻變得很小，只允許通過較小的電流，需要加在它兩端的電壓變小，鎮(zhèn)流器這時又起到給燈管降壓限流的作用．6．啟動器是由電容和氖管兩大部分組成,其中氖管中充有氖氣,內部有靜觸片和U形動觸片．通常動、靜觸片不接觸，有一個小縫隙，則下列說法中不正確的是(）A．當電源的電壓加在啟動器兩極時，氖氣放電并產生熱量，導致U形動觸片受熱膨脹B．當電源的電壓加在啟動器兩極后，啟動器的兩個觸片才接觸，使電路有電流通過C．電源的電壓加在啟動器兩極前，啟動器的兩個觸片就接觸著,電路就已經有電流通過D．當電路通電后，兩個觸片冷卻，兩個觸片重新分離答案C解析依據日光燈的工作原理可知,電源把電壓加在啟動器的兩極之間,使氖氣放電而發(fā)出輝光．輝光產生熱量使U形動觸片膨脹伸展,跟靜觸片接觸把電路接通．電路接通后，啟動器的氖氣停止放電，U形動觸片冷卻收縮，兩個觸片分開，電路自動斷開．點評啟動器利用氖管的輝光放電，U形動觸片膨脹伸展與靜觸片接觸，自動把電路接通,電路接通后，氖氣停止放電，U形動觸片冷卻收縮，兩個觸片分開電路斷開,電路斷開時鎮(zhèn)流器產生瞬時高電壓點亮日光燈．【方法技巧練】斷電自感中燈泡亮度變化的分析技巧7．（雙選)在圖3甲、乙電路中,電阻R和電感線圈L的電阻都很小．接通S，使電路達到穩(wěn)定，燈泡A發(fā)光，則（)圖3A．在電路甲中，斷開S，A將漸漸變暗B．在電路甲中，斷開S，A將先變得更亮，然后漸漸變暗C．在電路乙中，斷開S，A將漸漸變暗D．在電路乙中，斷開S，A將先變得更亮，然后漸漸變暗答案AD解析甲圖中，燈泡A與電感線圈L在同一個支路中，流過的電流相同，斷開開關S時，線圈L中的自感電動勢要維持原電流不變，所以,開關斷開的瞬間，燈泡A的電流不變,以后電流漸漸變?。虼?，燈泡漸漸變暗．乙圖中,燈泡A所在支路的電流比電感線圈所在支路的電流要小(因為電感線圈的電阻很?。?斷開開關S時電感線圈的自感電動勢要阻礙電流的變小，電感線圈相當于一個電源給燈A供電，因此在這一短暫的時間內,反向流過A的電流是從IL開始逐漸變小的，所以燈泡要先亮一下，然后漸漸變暗，故選項A、D正確．方法總結在開關斷開時,電感線圈的自感電動勢要阻礙原電流的減小,此時電感線圈在電路中相當于一個電源,表現為兩個方面：一是自感電動勢所對應的電流方向與原電流方向一致；二是在斷電瞬間，自感電動勢所對應的電流大小與原電流的大小相等，以后電流開始緩慢減小到零,斷開開關后，燈泡是否瞬間變得更亮，取決于當初兩支路中電流大小的關系．8．如圖4所示的電路中，S閉合且穩(wěn)定后流過電感線圈的電流2A，流過燈泡的電流是1A，將S突然斷開，S斷開前后，能正確反映流過燈泡的電流I隨時間t變化關系的圖象是（）圖4答案D解析開關S斷開前，通過燈泡D的電流是穩(wěn)定的，其值為1A．開關S斷開瞬間，燈泡支路的電流立即減為零，但是自感線圈的支路由于自感現象會產生與線圈中原電流方向相同的感應電動勢,使線圈中的電流從原來的2A逐漸減小，方向不變，且同燈泡D構成回路，通過燈泡D的電流和線圈L中的電流相同，也應該是從2A逐漸減小為零，但是方向與原來通過燈泡D的電流方向相反，D對．方法總結解圖象問題時,先要搞清楚研究什么元件上的電流隨時間的變化關系；其次要根據線圈的自感電動勢引起的感應電流的方向與原來電流的方向是相同還是相反、大小如何變化等因素來確定圖象．1．（雙選）關于自感電動勢的大小和方向，下列說法中正確的是（）A．在自感系數一定的條件下,通過導體的電流越大，產生的自感電動勢越大B．在自感系數一定的條件下，通過導體的電流變化越快，產生的自感電動勢越大C．自感電動勢的方向總與原電流的方向相反D．當通過導體的電流減小時,自感電動勢的方向與原電流方向相同答案BD2．（雙選)某線圈通有如圖5所示的電流，則線圈中自感電動勢改變方向的時刻有（）圖5A．第1s末B．第2s末C．第3s末D．第4s末答案BD解析在自感現象中當原電流減小時，自感電動勢與原電流的方向相同,當原電流增加時，自感電動勢與原電流方向相反．在0～1s內原電流正方向減小，所以自感電動勢的方向是正方向，在1s～2s內原電流負方向增加，所以自感電動勢與其方向相反,即沿正方向；同理分析2s～3s、3s～4s內可得正確選項為B、D。3．(雙選)關于日光燈管內氣體導電的說法中，正確的是（）A．點燃日光燈時，激發(fā)氣體導電的電壓比220V低得多B．點燃日光燈時，激發(fā)氣體導電的電壓比220V高得多C．日光燈正常發(fā)光后,加在燈管兩端的電壓比220V低D．日光燈正常發(fā)光后，加在燈管兩端的電壓比220V高答案BC4．在日光燈的連接線路中,關于啟動器的作用，以下說法正確的是（）A．日光燈啟動時,為燈管提供瞬時高壓B．日光燈正常工作時，起降壓限流的作用C．起到一個自動開關的作用，實際上可用一個彈片開關代替（按下接通,放手斷開)D．以上說法均不正確答案C5．(雙選)如圖6所示，是演示自感現象的實驗電路圖．下列說法中正確的是()圖6A.在斷開開關S后的一段短暫時間里，A中仍有電流通過，方向為a→bB。在斷開開關S后的一段短暫時間里，L中仍有電流通過，方向為a→bC．在斷開開關S后，原存儲在線圈內的大部分磁場能將轉化為電能D．在斷開開關S后，原存儲在線圈內的大部分磁場能將轉化為化學能答案BC解析b，在燈A中為b→b，在燈A中為b→a；斷開開關后，燈泡要逐漸熄滅，電流減小，磁場能轉化為電場能．6．如圖7所示，對于原來閉合的開關S突然斷開的瞬間，會看到燈A更亮的閃一下再熄滅．設S閉合時,燈中電流為I燈,線圈L中電流為IL,斷開瞬間燈A中電流為I燈′，線圈L中電流為IL′，則()圖7A．I燈<I燈′，IL≥IL′B．I燈＝I燈′，IL≤IL′C．I燈<I燈′，IL〈IL′D．I燈〉I燈′，IL≤IL′答案A解析本題的關鍵是要認清產生自感現象的根本原因，斷開S的瞬間，因為IL的減小才產生自感電動勢，自感電動勢阻礙IL的減小，因此流過線圈L的電流只能是減小而不能是增大，斷開瞬間有IL≥IL′，這時L和燈A組成的閉合回路是串聯的，在自感電動勢的作用下使IL′流過燈A，故I燈′＝IL′.雖然IL′是減小的，但在開始斷開的一小段時間內還是比燈A原來的電流I燈大，則有I燈<I燈′,使燈A在S斷開瞬間閃亮一下才熄滅．7．在如圖8所示的電路中,兩個相同的電流表，零刻點在刻度盤的中央．當電流從“＋”接線柱流入時，指針向右擺；當電流從“－”接線柱流入時，指針向左擺．在電路接通且穩(wěn)定時再斷開開關的瞬間，下列說法正確的是(）圖8A．G1指針向右擺，G2指針向左擺B．G1指針向左擺，G2指針向右擺C．兩指針都向右擺D．兩指針都向左擺答案D解析電路接通且穩(wěn)定時,兩支路均有自左到右的電流．當開關斷開的瞬間，無自感線圈的支路則沒有自感電流產生．有自感線圈的支路產生阻礙原電流變化的自感電流,且這一自感電流將通過能與它形成回路的各支路．此題中開關斷開的瞬間，電路電流減小，故L將產生自左至右的自感電流以阻礙原電流變化．且此時開關斷開，L所在支路只能與R所在支路串聯形成回路，則自感電流自右向左流經R所在支路．故選D.8．如圖9所示的電路，可用來測定自感系數較大的線圈的直流電阻，線圈兩端并聯一個電壓表,用來測量自感線圈兩端的直流電壓，在實驗完畢后，將電路拆開時應(）圖9A．先斷開開關S1B．先斷開開關S2C．先拆去電流表D．先拆去電阻R答案B解析b,表右端為“＋”，左端為“－"，指針正向偏轉，若先斷開S1或先拆表或先拆去電阻R瞬間，線圈中產生的自感電動勢相當于瞬間電源，其a端相當于電源的負極,b端相當于電源的正極，此時表加了一個反向電壓，使指針反偏．由“自感系數較大的線圈”知其反偏電壓很大,會燒壞表．而先斷開S2，由于電壓表內阻很大，電路中總電阻變化很小，電流幾乎不變，不會損壞其他器件，故應先斷開S2?！鷅，表右端為“＋”，左端為“－”，指針正向偏轉，若先斷開S1或先拆表或先拆去電阻R瞬間，線圈中產生的自感電動勢相當于瞬間電源，其a端相當于電源的負極，b端相當于電源的正極，此時表加了一個反向電壓,使指針反偏．由“自感系數較大的線圈"知其反偏電壓很大,會燒壞表．而先斷開S2,由于電壓表內阻很大，電路中總電阻變化很小，電流幾乎不變，不會損壞其他器件，故應先斷開S2.9．如圖10所示，A、B、C是相同的白熾燈，L是自感系數很大、電阻很小的自感線圈．現將S閉合，下面說法正確的是()圖10A．B、C燈同時亮，A燈后亮B．A、B、C燈同時亮，然后A燈逐漸變暗，最后熄滅C．A燈一直不亮，只有B燈和C燈亮D．A、B、C燈同時亮，并且亮暗沒有變化答案B10．（雙選)如圖11所示，燈泡A、B與固定電阻的阻值均為R，L是自感系數很大的線圈．當S1閉合，S2斷開且電路穩(wěn)定時，A，B亮度相同，再閉合S2，待電路穩(wěn)定后將S1斷開，下列說法中正確的是（）圖11A．B燈立即熄滅B．A燈將比原來更亮一下后再熄滅C.有電流通過B燈,方向為c→dD。有電流通過A燈,方向為b→a答案AD解析S2斷開而只閉合S1,穩(wěn)定時，A,B兩燈一樣亮，可知線圈L的電阻也是R.在S1、S2都閉合時IA=IL,故當S2閉合S1突然斷開時,流過A燈的電流只是方向變?yōu)閎→a，但其大小不突然增大,A燈不出現更亮一下再熄滅的現象,故D項正確，B項錯誤；由于固定電阻R幾乎沒有自感作用,故斷開S1時，B燈電流迅速變?yōu)榱?，而立即熄滅，故A項正確C項錯誤。綜上所述分析可知，本題正確答案為A、D。11．（雙選）在如圖12所示的電路中，三個相同的燈泡a、b、c和電感L1、L2與直流電源連接，電感的電阻忽略不計．電鍵S從閉合狀態(tài)突然斷開時，下列判斷正確的有(）圖12A．a先變亮,然后逐漸變暗B．b先變亮，然后逐漸變暗C．c先變亮，然后逐漸變暗D．b、c都逐漸變暗答案AD解析S斷開前，燈泡a、b、c中的電流相同，均為I.L1中的電流I1＝2I,L2中的電流I2＝I。當S斷開后，電源被撤除，剩下燈泡與線圈形成新的閉合回路．燈泡b、c中的電流由I逐漸減小，兩燈逐漸變暗．燈泡a里的電流先由I增至2I,然后逐漸減小,所以燈泡a先變亮后變暗．A、D兩項正確．12．A和L是日光燈的燈管和鎮(zhèn)流器,如果按圖13所示的電路連接，下列關于日光燈發(fā)光情況的敘述中，正確的是（）圖13A．只把S1接通，S2、S3不接通,日光燈就能正常發(fā)光B．把S1和S2接通后，S3不接通，日光燈就能正常發(fā)光C．S3不接通，接通S1和S2后再斷開S2，日光燈就能正常發(fā)光D．當日光燈正常發(fā)光后，再接通S3,日光燈仍能正常發(fā)光答案C解析A選項：只接通S1,燈管兩端不能產生瞬時高壓，日光燈不能點燃,A錯誤；B選項：S1和S2接通，S2不斷開,日光燈被短路,電壓為零，鎮(zhèn)流器也不能產生斷電自感電動勢，日光燈不能點燃，B項錯誤；C選項：S1和S2接通，再斷開S2，鎮(zhèn)流器產生自感電動勢，與外加電壓一起形成瞬時高壓，使日光燈點燃而正常發(fā)光，C正確；D選項：日光燈正常發(fā)光后,再接通S3，鎮(zhèn)流器被短接，不再起限流和降壓