第一篇:自感现象中小灯泡闪亮的条件问题
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自感现象中小灯泡的亮度变化问题
自感现象是一种特殊的电磁感应现象,是由于导体本身电流变化而产生的。由楞次定律知道,电磁感应产生的效果总是阻碍引起电磁感应现象的磁通量的变化,在自感现象中,其效果总是阻碍导体中原电流的变化,即总是起着推迟电流变化的作用,在分析自感现象的问题中,经常利用这种电磁感应的效果来分析问题。下面来讨论小灯泡亮度变化的问题。
例1.如图1所示,A、B两灯泡的电阻相同,定值电阻为R1,线圈的电阻为R2,电源的电动势为E,内阻为r,电键S开始处于闭合状态.。当电键S断开的过程中,两灯泡的亮度怎样变化?
分析:设电键S闭合时,通过灯泡A与B的电流分别为IA和IB。现断开电键S,IA将马上变为零,但由于通过线圈的电流发生变化而产生自感现象,阻碍电流IB的减小,使通过B灯的电流IB不能马上变为零,而是由IB逐渐变为零。因此通过B灯的电流方向并不变,大小由IB逐渐变为零,通过灯泡A的电流由IA突然变为IB,且方向也变化,与原来相反,然后由IB逐渐变为零。
由以上分析知,灯泡B的亮度是逐渐变暗,直到熄灭。而灯泡A的亮度变化有三种情况:
(1)当IB=IA时,灯泡A也是逐渐变暗,直到熄灭。
(2)当IB>IA时,由于此时通过灯泡A的电流要比断开电键S前还要大,所以A灯先突然亮一下,然后由此亮度逐渐变暗,直到熄灭。
(3)当IB<IA时,灯泡A突然暗一下,然后由此亮度逐渐变暗直到熄灭。例2.如图2所示的电路中,灯A、灯B完全相同,带铁芯的线圈L的电阻可忽略,则()A.S闭合瞬间,灯A、B同时发光,接着灯A熄灭,灯B更亮 B.S闭合瞬间,灯A不亮,灯B立即亮 C.S闭合瞬间,灯A、B都不会立即亮
D.稳定后再断开S瞬间,灯B立即熄灭,灯A亮并且比灯B更亮 分析:线圈电阻可忽略,说明当电路稳定后L相当于一根无阻导线;线圈带铁芯,说明自感系数值很大,当电路变化时,流过线圈L的电流瞬时不变。
当S闭合瞬间,L支路中的电流从无到有发生变化,因此,在L中产生自感电动势阻碍电流增加。由于自感系数很大,对电流的阻碍作用很强,所以在接通S极短的时间里L中的电流几乎为零,可以将L支路看作断路,故灯A、B同时发光。由于L中的电流从无到有很快稳定,感应电动势消失,L相当于一根无阻导线将灯A短路,故灯A将熄灭。由于此时电路中的电阻仅为灯B的电阻,比原来变小,故电路中流过灯B的电流增大,灯B比原来更亮。故选项A正确。
在S断开瞬间,L中的电流减小,L产生一个自感电动势来阻碍流过自身的电流变化,与灯A构成闭合回路。由于流过L的电流瞬时不变,等于原先流过灯B的电流,故S断开的瞬间,灯A亮度与原来电稳定时灯B的亮度相同,不会比原来更亮,灯B则是立即熄灭。
本题正确答案为选项A。
例3.如图3所示的电路中,灯泡P和灯泡Q是完全相同的灯泡。自感线圈L是直流电阻为零的纯电感,且自感系数很大。电容器C的电容较大且不漏电,请选出下列说法中正确的是()
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A.开关S闭合后,P灯亮后逐渐熄灭,Q灯逐渐变亮
B.开关S闭合后,P灯、Q灯同时亮,然后P灯变暗,Q灯更亮
C.开关S闭合,电路稳定后,S断开时,P灯突然亮一下,然后熄灭,Q灯立即熄灭 D.开关S闭合,电路稳定后,S断开时,P灯突然亮一下,然后熄灭,Q灯逐渐熄灭 分析:在S闭合瞬间,电容器C电压较小,充电电流较大,故Q灯的电流较小,而自感线圈L由于自感系数很大,故几乎没有电流流过,也就是说此时基本上是P灯与电容器C形成通路。在电路达到稳定的过程中电感L上的电流逐渐增大,电容器C上的充电电流逐渐减小,P灯上的电流逐渐减小,Q灯上的电流逐渐增大,达到稳定后,P灯无电流,Q灯达到最亮,所以选项A正确。
开关S闭合,电路达到稳定后,S断开时,电感L与灯P组成闭合回路,电感中的电流流经P灯,使P灯突然亮一下再熄灭,而电容器C中所带的电荷经Q灯放电,Q灯不是立即熄灭,而是逐渐熄灭。所以选项D正确。答案为选项A、D。
总之,在讨论灯泡是否逐渐变化时,要注意分析是否有自感现象,因为自感的效果是阻碍原电流的变化,而研究小灯泡是否出现闪亮时,需比较变化前后通过灯泡电流的大小关系。
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第二篇:怎样确定自感现象中灯泡亮度的变化
怎样确定自感现象中灯泡亮度的变化
湖北省竹山县第一中学
付延林
442200
一、与线圈串联的灯泡在通电瞬间亮度的变化
当通过线圈的电流增大时,穿过线圈的磁通量发生变化,在线圈中会产生自感电动势,根据楞次定律可得自感电动势总是要阻碍引起感应电动势的电流的变化,当通过线圈的电流增大时,自感电动势要阻碍电流的增大,使电流增大的慢一些,由此可推知与线圈串联的灯泡在通电的瞬间因线圈中产生的自感电动势阻碍电流的增大,所以灯泡的亮度是逐渐变亮的。
二、与线圈并联的灯泡在断电的瞬间的亮度的变化
当灯泡与自感线圈并联,如图1所示,电路处于稳定状态时,通过R的电流I1=U/R,若线圈的直流电阻为r,则通过r的电流为I2=U/r。在电路断开的瞬间通过线圈的电流减小,在线圈中产生阻碍电流减小的自感电动势,使其中的电流减小的速度减慢,因线圈与灯泡构成回路,就使整个回路的电流由I2开始逐渐减小到零,这样灯泡就不会立即熄灭,但后来通过灯泡的电流方向与电路稳定时通过灯泡的电流方向是相反的,灯泡是否会闪亮后逐渐熄灭要取决于电路稳定时通过灯泡和线圈的电流I1和I2大小,当I2 >I1时,断电瞬间由线圈和灯泡组成的回路的电流就要从I2开始减小,这样灯泡会闪亮一下再逐渐熄灭,若I2 =I1,则断开电路的瞬间,灯泡会逐渐熄灭,若I2 < I1,电路断开时,灯泡会突然暗一下再逐渐熄灭。
三、直流电阻不计的线圈在通电和断电的瞬间因自感电动势对电流变化的阻碍作用,可以视为线圈中有“电阻”存在,在电路稳定时,电流没变化,线圈中没有感应电动势,这时与它并联的灯泡被短路。
四、例题分析:
例1:如图2所示的电路中,A、B两灯电阻均为R,且R>r,L为纯电感线圈,原先S1、S2断开,则:
A、S1闭合的瞬间,A灯先亮,B灯后亮,以后两灯一样亮 B、S1闭合后,再闭合S2,两灯亮度不变 C、S1、S2均闭合后,再断开S1,B灯立即熄灭,A灯突然亮一下才熄灭
D、S1、S2均闭合后,先断开S2,再断开S1,A灯立即熄灭,B灯突然亮一下才熄灭
【析与解】L为纯电感线圈,直流电阻不计,在S2断开时,两并联支路的电阻是相等的,但B灯所在的支路因有线圈存在,在S1闭合的瞬间通过L的电流增大,在线圈L中产生阻碍电流增大的自感电动势,使B灯所在的支路的电流增大的慢一些,所以S1闭合时,A灯立即亮,B灯逐渐亮,当电路稳定时,通过两灯的电流相等,亮度相同。所以A正确。
S2闭合前,A、B两灯两端电压相等且都大于E/2,S2闭合后,A、B两灯两端电压为E/2,所以S2闭合前后A、B两灯的亮度是不相同的。所以B答案是错误的。
S1、S2闭合后再断开S1,B灯立即熄灭,但与A灯并联的线圈L中因自感电动势阻碍电流的减小,使A、L回路中的电流不能立即减小,又因电路稳定时,通过灯A的电流I1小于通过线圈L的电流I2,断开S1后,A、L回路中的电流要从I2开始减小,所以A灯会闪亮后逐渐熄灭,所以答案C正确。
若S1、S2均闭合后,先断开S2时,通过A、B两灯的电流相同,亮度也相同,再断开S1时,因线圈L中的自感电动势的作用会使回路A、B、L、r中的电流不能立即减小,结果A、B都会同时逐渐熄灭。所以D答案错误。
例
2、如图3所示,线圈的自感系数很大,其电阻可忽略,D1、D2是两个完全相同的灯泡,在开关S闭合和断开的过程中(灯丝不会断)()
A、S闭合,D1很亮且亮度不变,D2亮度逐渐变亮,最后两灯一样亮,S断开后,D2立即熄灭,D1渐渐变亮
B、S闭合,D1不亮,D2很亮,S断开,D1和D2立即熄灭
C、S闭合,D1和D2同时亮,然后D1熄灭,D2亮度不变,S断开,D2立即熄灭,D1亮一下再熄灭
D、S闭合,D1和D2同时亮,后D1渐渐熄灭,D2变得更亮,S断开,D2立即熄灭,D1亮一下再熄灭。
【析与解】S闭合时,通过L的电流增大,在L中产生了自感电动势对电流的增大起阻碍作用,这时可认为L中有“电阻”,所以D1和D2会同时亮。当电流稳定时,通过L的电流不变化,没有自感电动势,这时因L的电阻为零,灯D1被短路而熄灭,同时灯D2两端的电压增大了,所以D2变亮。
S断开时,通过L的电流减小,在L中产生了阻碍电流减小的自感电动势,使由L和D1组成的回路的电流逐渐减小,这时D1会发光后再渐渐熄灭,而D2在S断开时立即熄灭。
综合以上分析可得正确答案是:D
四、巩固练习:
1、在图3的实验中,带铁芯的、电阻较小的线圈L与灯A并联,当合上电键K,灯A 正常发光,试判断下列说法中哪些是正确的()
A、当断开K时,灯A立即熄灭 B、当断开K时,灯A突然闪亮后熄灭 C、若用阻值与线圈L相同的电阻取代L接入电路,当断开K,灯A立即熄灭
D、若用阻值与线圈L相同的电阻取代L接入电路,当断开K,灯A突然闪亮后熄灭
2、如图4电路(a)、(b)中,电阻R和自感线圈L的电阻值都很小,接通K,使电路达到稳定,灯泡S发光。()
A、在电路(a)中,断开K,S将渐渐变暗
B、在电路(a)中,断开K,S将先变得更亮,然后渐渐变暗
C、在电路(b)中,断开K,S将渐渐变暗,然后渐渐变亮
D、在电路(b)中,断开K,S将先变得更亮,然后渐渐变暗
3、如图5所示的电路中,A1与A2是完全相同的灯泡,线圈L的电阻可以忽略,下列说法中正确的是:()
A、合上开关K接通电路时,A2先亮,A1后亮,最后一样亮 B、合上开关K接通电路时,A1和A2始终一样亮
C、断开开关K切断电路时,A2立刻熄灭,A1过一会才熄灭
D、断开开关K切断电路时,A1和A2都要过一会才熄灭 参考答案:
1、B、C
2、A、D
3、A、D 2
第三篇:《自感现象及其应用》教学设计
5850字。
《自感现象及其应用》教学设计
广州市花都区实验中学 物理科 陈丽华
★新课标要求
(一)知识与技能
1.知道什么是自感现象。
2.知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量,知道它的单位及其大小的决定因素。
3.知道自感现象的利与弊及对它们的利用和防止。
4.能够通过电磁感应部分知识分析通电、断电自感现象的原因及磁场的能量转化问题。
(二)过程与方法
1.通过对两个自感实验的观察和讨论,培养学生的观察能力和分析推理能力。
2.通过自感现象的利弊学习,培养学生客观全面认识问题的能力。
(三)情感、态度与价值观
自感是电磁感应现象的特例,使学生初步形成特殊现象中有它的普遍规律,而普遍规律中包含了特殊现象的辩证唯物主义观点。
★教学重点
1.自感现象。
2.自感系数。
★教学难点
分析自感现象。
★教学方法
通过演示实验,引导学生观察现象、分析实验
★教学用具:
自感现象示教板,CAI课件。
★教学过程
(一)引入新课
教师:在电磁感应现象中,产生感应电流的条件是什么?
学生:只要穿过闭合回路的磁通量发生变化,回路中就有感应电流产生.教师:引起回路磁通量变化的原因有哪些?
学生:磁场的变化;回路面积的变化;电流的变化引起磁场的变化等。
教师:这里有两个问题需要我们去思考:
(1)在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接,当一个线圈中的电流变化时,在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢?
(2)当电路自身的电流发生变化时,会不会产生感应电动势呢?
本节课我们学习这方面的知识。
(二)进行新课
1、自感现象
教师:当电路自身的电流发生变化时,会不会产生感应电动势呢?下面我们首先来观察演示实验。
[实验1]演示通电自感现象。
教师:出示示教板,画出电路图(如图所示),A1、A2是规格完全一样的灯泡。闭合电键S,调节变阻器R,使A1、A2亮度相同,再调节R1,使两灯正常发光,然后断开开关S。重新闭合S,观察到什么现象?(实验反复几次)
学生:跟变阻器串联的灯泡A2立刻正常发光,跟线圈L串联的灯泡A1逐渐亮起来。
教师:为什么A1比A2亮得晚一些?试用所学知识(楞次定律)加以分析说明。
学生:分组讨论(可以提醒学生这时出现了新电源,电源在哪里?电动势方向又如何?)
师生共同活动:电路接通时,电流由零开始增加,穿过线圈L的磁通量逐渐增加,L中产生的感应电动势的方向与原来的电流方向相反,阻碍L中电流增加,即推迟了电流达到正常值的时间。
[实验2]演示断电自感。
教师:出示示教板,画出电路图(如图所示)接通电路,待灯泡A正常发光。然后断开电路,观察到什么现象?
学生:S断开时,A灯突然闪亮一下才熄灭。
第四篇:自感现象的教学设计汇总
16.5 自感
公开课教案
一、教学目标(一)知识目标
1.了解自感现象及自感现象产生的原因
2.知道自感现象中的一个重要概念——自感系数,了解影响其大小的因素。3.了解在日常生活和生产技术中有关自感现象的应用情况(二)能力目标
1.通过分析实验电路,培养学生运用已学的物理知识,对实验结果进行预测的能力,同时提高学生分析物理问题的能力
2.利用直观地演示实验,培养学生敏锐的观察能力和推理能力。(三)德育渗透点
1.简单介绍美国物理学家亨利由学徒到美国科学院第一任院长的有关事迹,教育学生学习他善于自学,勇于钻研的精神,合理安排课外时间,形成良好的学习习惯,以便提高自身的自学能力。
2.进行物理学方法的教育
实验——理论——再实验
二、重点、难点
1.重点:自感现象及自感系数 2.难点:(1)自感现象产生的原因分析
(2)断电自感的演示实验中灯光的闪亮现象解释
三、课时安排 1 课时
四、教具
通电自感演示装置、断电自感演示装置、幻灯片
五、教学过程(一)引入新课 产生电磁感应现象的条件是什么?
请学生回答,穿过回路中的磁通量发生变化才能产生电磁感应现象。在前面的学习中,电磁感应现象中的磁通量变化是怎样发生的?
请学生回答,在导体切割磁感线运动的过程中,磁场没有变化,但回路的面积发生变化,从而导致磁通量变化。在条形磁铁插入或拔出线圈的过程中,是外加磁场变化而导致线圈的磁通量变化。在利用原副线圈的实验中,是通过改变原线圈中电流的大小,从而导致副线圈中的外加磁场发生变化,引起磁通量变化。
除上述这三种情形外,还有没有其他情形引起回路磁通量发生变化,从而产生电磁感应现象呢?
(二)进行新课
由电流的磁效应可知,线圈通电后周围就有磁场产生,电流变化,则磁场也变化,那么对于这个线圈自身来说,穿过它的磁通量在此过程中也发生了变化,是否此时也会出现电磁感应现象呢?我们通过实验来解决这个问题。
如图所示电路图
说明:当S闭合瞬间,线圈L中的电流从无到有发生变化,线圈自身的磁场也从无到有发生变化,结果,线圈L自身的磁通量发生变化,如果灯1和灯2规格相同,且都能正常发光,那么,闭合S瞬间,会有什么现象呢?引导学生先作预测,然后进行演示实验。首先,闭合开关S,调节变阻器R和R1使两灯正常发光,然后,断开开关S。最后,又重新闭合开关S(重复上述操作)。
请学生观察现象:在闭合天关S的瞬间,灯2立刻正常发光。而灯1却是逐渐从暗到明,要比灯2迟一段时间才正常发光。引导学生分析,产生上述现象的原因,就是由于线圈L自身的磁通量增加,而产生了感应电动势,这个感应电动势总是阻碍磁通量的变化,即阻碍线圈中电流的变化,故通过灯1的电流不能立即增大到最大值,灯1的亮度只能慢慢增加。实验中所发生的这种电磁感应现象,我们称为自感。
1.自感现象
(1)由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象,叫做自感现象。(2)在自感现象中产生的感应电动势,叫做自感电动势,它的作用总是阻碍导体中原来电流的变化。
虽然,自感现象是电磁感应现象中比较特殊的一种情形,那么,刚才从实验中找出的这些结论是否正确呢?我们可以再通过一个实验来验证。
如图所示电路图
当闭合开关S时,灯正常发光,此时若断开开关S,将会出现什么情况呢?
引导学生预测,根据刚才的自感现象的理论,可知断开开关S的瞬间,通过线圈L的电流从有到无发生变化从而产生电磁感应现象,在这过程中;线圈L产生了自感电动势,虽然这时电源已断,但线圈L相当于一个新电源,又与灯构成闭合回路,结果,灯将延迟熄灭。
演示该实验,证实学生的预测——灯确实没有随开关S的断开而马上熄灭,而且还看到灯闪亮了一下(重做实验请学生观察)。肯定学生的预测,给予鼓励,然后提出问题——为什么灯会闪亮一下呢?
断电前通过A灯的电流是由电源提供的,根据电路中并联规律可知,线圈L的电阻由于很小,故电路中的电流大部分流过线圈L,有IL>IA,断电后,灯A的电流马上消失,但 线圈L,由于自感作用,将阻碍自身电流的减小,结果线圈中的电流IL反向流过灯A,然后逐渐减弱,所以有灯闪亮一下再熄灭的现象出现。
利用数学中的函数图线,使学生进一步理解上述分析过程。断电前后灯泡中的电流随时间变化的关系如图
我们知道,感应电动势的大小与回路中磁通量变化的快慢有关,而自感现象中的自感电动势是感应电动势的一种,那么,它的大小又与什么有关呢?
2.决定自感电动势大小的因素——电流变化的快慢和自感系数
说明:显然自感电动势的大小也是与回路中磁通量变化的快慢有关,线圈的磁场是由电流产生的,故穿过线圈磁通量变化的快慢与电流变化的快慢有关系。从实验中,可以发现,对同一个线圈来说,电流变化越快,产生的自感电动势越大。但对于不同的线圈,在电流变化快慢相同的情况下,产生的自感电动势又有大小之分,为了表示线圈中的这一特性,引进一个物理量——自感系数来描述。
3.自感系数,简称自感或电感,用字母L表示
那么,自感系数的大小与什么有关呢?通过大量的研究可知线圈越粗、越长、匝数越 密,且有铁芯时,它的自感系数就越大,则有
(1)自感大小与线圈的形状、长短、匝数、有无铁芯等因素有关(2)单位:亨利,符号是H 简单介绍自感系数单位亨利的由来
为了纪念美国物理学家亨利而命名的。亨利出生贫穷,10岁辍学当学徒,但他靠自己的勤奋自学和刻苦钻研,最后成了美国国家科学院的第一任院长。自感现象就是他在实验中发现的,因此,以他的名字来命名自感系数的单位。教育学生学习他的精神,同时强调培养自学能力的重要性。
那么,研究自感现象又有什么实际意义呢? 4.自感现象的应用
在生活和生产技术中,自感现象被广泛地应用在很多电器设备和无线电装置中。例如,日光灯。当然自感现象也有不利的一面。
(三)课堂小结
1.自感现象是电磁感应现象中的特殊情形,它的产生原因是由于通过导体自身的电流发生变化。
2.自感电动势的大小与电流变化快慢和自感系数有关,它总是阻碍导体中电流的变化。3.自感现象在生活和生产技术中应用广泛,但也有其不利的一面。(四)巩固练习试解释双线绕法
引导学生回答,通过两根平行导线中电流方向相反,可以使各自引起的磁场互相抵消,从而减弱自感的影响。
六、布置作业 评课要点: 1.课堂气氛好,语言有激情、教态自然很好。
2.科学方法的传授好:从观察现象――提出问题――科学猜想――实验验证,从一般到特殊。
3.实验展开方式好,运用启发式教育,效果好。4.触电实验应该以人为本,建议师生一起做。5.投影效果还可以改进,语言还可以更精练干脆。6.建议把小结的板书换成练习题
第五篇:文刀川页丛书自感现象(教案解析)
文刀川页丛书
自感现象
一、教学目标
1.指导学生运用观察、实验、分析、综合的方法,认识自感现象及其特点。2.明确自感系数的意义及决定条件。3.能解释生产和生活中的某些自感现象。
4.提高学生分析问题的能力和运用物理知识解决实际问题的能力。
二、重点、难点分析
1.重点:自感现象产生的原因及特点。2.难点:运用自感知识解决实际问题。
三、教具
变压器原理说明器(用400匝线圈)、3.8V0.3A灯泡两只、滑动变阻器、电源(3V)、导线、开关
四、主要教学过程
一、复习旧课,引入新课
师:前面我们学习了电磁感应现象,了解了几种不同形式的电磁感应现象。如磁铁向线圈中插入或拔出时、闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时等,都会引起感应电动势,发生电磁感应现象。你们认为引起电磁感应现象最重要的条件是什么?
生:穿过电路的磁通量发生变化。师:不论用什么方式,也不管是什么原因,只要穿过电路的磁通量发生了变化,都能引起电磁感应现象。如果电路是闭合的,电路中就会有感应电流。
二、新课教学(一)、自感现象
1、演示实验,提出问题
【演示实验1】断电自感现象。实验电路如图所示。接通电路,灯泡正常发光后,迅速断开开关,可以看到灯泡闪亮一下再逐渐熄灭。
问1:灯泡闪亮一下,说明了什么问题?
(引导学生分析得出:灯泡的亮度由其实际功率决定。灯泡闪亮一下,表明在开关断开这一瞬间,灯泡两端的电压比原来大。)问2:在开关断开这一瞬间,增大的电压从哪里来的。(学生一时回答不了。再用实验启发。)【演示实验2】将与灯泡并联的线圈取掉。再演示上述实验,这时灯泡不再闪亮。
引导学生分析得出:在开关断开这一瞬间,增大的电压是线圈产生的。问3:线圈本身并不是电源,它又是如何提供高电压的呢?
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2、分析现象,建立概念
⑴ 讨论:组织学生讨论。出示实验电路图,引导学生运用已学过的电磁感应的知识来分析实验现象。
① 引导学生将这里的线圈与P88图4—2所示实验中的线圈加以对比。在图4—2所示实验中,线圈本身也不是电源,但在磁铁插入或拔出线圈的过程中,由于线圈中的磁通量发生了变化,故线圈中产生了感应电动势,从而使电路中产生了感应电流。
② 问:这个实验中,线圈也发生了电磁感应。那么是什么原因引起线圈发生电磁感应呢?
③ 引导学生进一步分析:
问1:开关接通时,线圈中有没有电流?(有电流。)问2:有电流通过线圈时,线圈会不会产生磁场?根据是什么?(线圈会产生磁场。根据电流的磁效应。)问3:既然线圈产生了磁场,那么就有磁感线穿过线圈,线穿过线圈的磁胎量就不等于0。开关断开后,线圈中还有磁通量吗?
(没有磁通量了。)问4:所以,在开关断开这一过程中,穿过线圈的磁通量变了吗?如何变化?(变了。从有到无。)问5:穿过线圈的磁通量发生了变化,会发生什么现象?(会发生电磁感应现象,线圈会产生感应电动势。)⑵ 讨论小结:开关接通后,线圈中存在稳定的电流,线圈内部铁芯存在很强的磁场,穿过线圈的磁通量很大;在开关断开瞬间,线圈中的电流迅速减小到0,穿过线圈的磁通量也迅速减小到0,使线圈产生感应电动势,这时线圈就相当于一个电源。由于开关断开很快,故穿过线圈的磁通量变化很快,就产生了较大的感应电动势,使灯泡两端的电压增大了。
⑶ 建立概念:上述现象属于一种特殊的电磁感应现象,发生电磁感应的原因是由于通过导体本身的电流发生变化而引起磁通量变化。这种电磁感应现象称为自感。
自感现象:由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。自感电动势:在自感现象中产生的感应电动势。
3、演示实验,强化概念
【演示实验3】演示通电自感现象。实验电路如图。开关接通时,可以看到,灯泡2立即正常发光,而灯泡1是逐渐亮起来的。
问:为什么会出现这种现象呢?
(开关接通时,线圈中的电流从无到有,使得穿过线圈的磁通量从无到有,线 我们共同努力! 文刀川页丛书
圈中产生了自感电动势,使灯1逐渐亮起来。)问:为什么自感电动势不是使灯泡1突然变得很亮,而是使它慢慢变亮呢?
4、综合因素,讲解规律
教师说明:在自感现象中,自感电动势的产生是由于导体本身的电流发生了变化而引起的,而自感电动势却总是阻碍导体中原来电流的变化的。
特点:自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化的。
具体而言:① 如果导体中原来的电流是增大的,自感电动势就要阻碍原来电流的增大。
I原↑,则ε自(I自)与I原相反
(引导学生阅读教材P97第2段对通电自感的解释。)② 如果导体中原来的电流是减小的,自感电动势就要阻碍原来电流的减小。I原↓,则ε自(I自)与I原相同
5、分析实验,深化理解
①实验1称为断电自感现象,实验2称为通电自感现象。那么,在实验1中电路接通的瞬间,线圈是否发生自感?在实验2中,把开关断开时,线圈是否发生自感现象呢?
(都发生自感。只不过是我们观察不到。)②实验2中,如果以很快的频率反复打开、闭合开关,会出现什么现象呢?(灯1 不亮,灯2闪亮。)③实验1中开关断开了,电源已不再给灯泡提供电能了,灯还闪亮一下。这些能量是哪里来的呢?是凭空产生了能量吗?
(线圈提供的。线圈中有电流时,线圈产生磁场,磁场也具有能量。当开关断开后,磁场能通过电磁感应转化为电能,由线圈提供给灯泡。这说明电磁感应中也遵循能量守恒。)(二)、自感系数
问:感应电动势的大小跟什么因素有关?
(感应电动势的大小跟磁通量的变化快慢有关。)自感电动势的大小跟其它感应电动势的大小一样,跟穿过线圈的磁通量的变化快慢有关。而在自感现象中,穿过线圈的磁通量是由电流引起的,故自感电动势的大小跟导体中电流变化的快慢有关。
(引导学生阅读教材P98第3段。)理论分析表明:
ε=L△I/△t。
L称为线圈的自感系数,简称自感或电感。
L的大小跟线圈的形状、长短、匝数、有无铁芯有关。单位:亨利(H)36 1H=10mH=10μH 我们共同努力! 文刀川页丛书
(三)、自感现象的应用(学生阅读教材P99。)
三、课堂练习
例
1、关于自感现象,正确的说法是: A、感应电流一定和原电流方向相反;
B、线圈中产生的自感电动势较大的其自感系数一定较大;
C、对于同一线圈,当电流变化越大时,线圈中产生的自感电动势也越大; D、自感电动总是阻碍原来电流变化的。解:D。
例
2、如图所示,两个电阻的阻值都是R,多匝线圈的电阻和电源内阻均可忽略不计。电键S原来断开,此时电路中的电流为I0=ε/2R。现将S闭合,于是线圈产生自感电动势,此自感电动势的作用是:
A、使电路的电流减小,最后由I0将小到0; B、有阻碍电流增大的作用,最后电流小于I0;
C、有阻碍电流增大的作用,因而电流总保持不变;
D、有阻碍电流增大的作用,但电流还是增大,最后等于I0。解:D。
说明:要深刻理解“阻碍”的意思。阻碍并不等于“阻止”。当原电流增大时,自感电动势要阻碍电流的增大,但电流最后还是要增大的,只不过增大得慢些(如通电自感实验中所见);当原电流减小时,自感电动势要阻碍电流的减小,但电流最后还是要减小的,只不过减小得慢些(如断电自感实验中所见)。自感电动势的作用只不过是起一个“延时”作用。
例
3、如图所示的电路中,L是一带铁芯的线圈,R为电阻。两条支路的直流电阻相等。那么在接通和断开电键的瞬间,两电流表的读数I1、I2的大小关系是:
A、接通时I1 四、作业布置: P106 6 P359 15 我们共同努力!