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1、2022年高中物理 第一章 第六、七節(jié) 自感現象及其應用 渦流現象及其應用學案 粵教版選修3-2
1.知道什么是自感現象和自感電動勢,知道自感系數及影響自感系數的因素.
2.知道日光燈的基本原理和結構.
3.知道渦流是如何產生的,知道如何利用和防止.
1.自感現象:由于導體本身的電流發(fā)生變化而產生的電磁感應現象,叫自感現象.
2.自感電動勢:自感現象中產生的感應電動勢叫自感電動勢.
3.自感電流:自感電動勢在閉合回路中產生電流,這種電流叫做自感電流.
4.自感系數:描述通電線圈自身特性的物理量叫做自感系數,簡稱自感或電感.
5.日光燈的組成:日光燈主要由燈管、鎮(zhèn)流器和啟
2、動器組成.
例 如圖所示的電路,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( )
A.先斷開開關S1 B.先斷開開關S2
C.先拆去電流表 D.先拆去電阻R
解析:若先斷開開關S1或先拆去電流表或先拆去電阻R,由于L的自感作用都會使L和電壓表組成回路,原先L中有較大的電流通過,現在這個電流將通過電壓表,造成電表損壞,所以實驗完畢應先斷開開關S2.
答案:B
一、單項選擇題
1.一個線圈的電流在均勻增大,則這個線圈的(D)
A.自感系數也將均勻增大
B.自感電動勢
3、也將均勻增大
C.磁通量的變化率也將均勻增大
D.自感系數、自感電動勢都不變
解析:自感系數是線圈本身特征的物理量,不隨電流而變;電流均勻變化,則磁通量的變化率和自感電動勢均不變.故D選項正確.
2.關于自感電動勢的方向,正確的說法是(D)
A.它總是同原電流方向相同
B.它總是同原電流方向相反
C.當原電流增大時,它與原電流方向相同
D.當原電流減小時,它與原電流方向相同
解析:自感電動勢總是阻礙原電流的變化.故D選項正確.
3.如右圖所示,開關S閉合且達到穩(wěn)定時,小燈泡能正常發(fā)光.則當閉合S和斷開S的瞬間能觀察到的現象分別是(A)
A.小燈泡慢慢亮;小燈泡立即熄滅
4、
B.小燈泡立即亮;小燈泡立即熄滅
C.小燈泡慢慢亮;小燈泡比原來更亮一下再慢慢熄滅
D.小燈泡立即亮;小燈泡比原來更亮一下再慢慢熄滅
解析:合上開關S,由于自感L產生自感電動勢阻礙A的電流增大,所以A慢慢變亮;斷開S瞬間L也產生自感電動勢,但由于沒有形成閉合回路,所以沒有電流,即燈泡立即熄滅.
4.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(C)
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
解析:啟動器的作用是利用動觸片和靜觸
5、片的接通與斷開起一個自動開關的作用,啟動的關鍵就在于斷開的瞬間,鎮(zhèn)流器產生的感應電動勢與交流電壓一起加在燈絲上,由此獲得瞬間高壓使得燈管變成通路并開始發(fā)光.
二、多項選擇題
5.如右圖所示,在光滑水平面上固定一條形磁鐵,有一小球以一定的初速度向磁鐵方向運動,如果發(fā)現小球做減速運動,則小球的材料可能是(CD)
A.鐵 B.木 C.銅 D.鋁
解析:小球的材料若是鐵,則磁鐵會吸引小球,小球會加速運動,排除A;若小球是銅或鋁制成的,靠近磁鐵時,小球會產生渦電流,動能轉化為電能再轉化為內能,小球做減速運動,所以C、D對.
6.如右圖所示,在O點正下方有一個具有理想邊界的磁場,銅環(huán)在
6、A點由靜止釋放向右擺至最高點B.不考慮空氣阻力,則下列說法正確的是(BD)
A.A、B兩點在同一水平線
B.A點高于B點
C.A點低于B點
D.銅環(huán)擺動過程中有部分機械能轉化為熱能
解析:在銅環(huán)進、出磁場時,穿過銅環(huán)的磁通量發(fā)生變化,故在環(huán)中產生感應電流,有熱量產生,在運動過程中銅環(huán)的機械能轉化為熱能,機械能減少.
7.在如右圖所示的電路中,S1和S2是兩個相同的小燈泡,L是一個自感系數相當大的線圈,其直流電阻值與R相等.在電鍵S接通和斷開時,燈泡S1和S2亮暗的順序是(AC)
A.接通時,S1先達到最亮 B.接通時,S2先達到最亮
C.斷開時,S1后熄滅 D.斷開
7、時,S2后熄滅
解析:從等效的觀點看,在S接通時,相當于L表現為很大的電阻,故S1先達到最亮,選項A正確.同理,選項C也正確.
8.如右圖電路甲、乙中,電阻R和自感線圈L的電阻都很?。油⊿,使電路達到穩(wěn)定,燈泡A發(fā)光,則(AD)
A.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
解析:本題考查同學們對斷電時產生的自感電動勢的阻礙作用的理解.在電路斷開時,電感線圈的自感電動勢阻礙原電流的減小,此時電感線圈在電路中相當于一個電源,表現為兩個方面:
8、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,以后以此電流開始緩慢減小到零.甲圖中,電燈A與電感線圈L在同一個支路中,流過的電流相同;斷開電鍵S時,線圈L中的自感電動勢要維持原電流不變,所以,電鍵斷開的瞬間,電燈A的電流不變,以后電流漸漸變小.因此電燈漸漸變暗.乙圖中,電燈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小),斷開電鍵S時,電感線圈的自感電動勢要阻礙電流的變小,此瞬間電感線圈中的電流不變,電感線圈相當于一個電源給燈A供電.因此,反向流過A的電流瞬間要變大,然后漸漸變小,所以電燈要先亮一下,然后漸漸
9、變暗.故D選項正確.
9.日光燈鎮(zhèn)流器的作用是(BC)
A.啟動時限制燈管中電流
B.啟動時產生瞬間高壓,點燃燈管
C.工作時降壓限流,使燈管在較低電壓下工作
D.工作時維持燈管兩端有高于電源的電壓,使燈管正常工作
解析:鎮(zhèn)流器的作用:日光燈點燃時,利用自感現象產生瞬時高壓;日光燈正常發(fā)光時,利用自感現象,對燈管起到降壓限流作用.
三、非選擇題(按題目要求作答.解答題應寫出必要的文字說明、方程和重要演算步驟,答案中必須明確寫出數值和單位.)
10.在如圖所示的日光燈工作電路中.
(1)開關合上前,啟動器的靜觸片和動觸片是__________(填“接通的”或“斷開的”);
10、
(2)開關剛合上時,220 V電壓加在________上,使________泡發(fā)出紅光;
(3)日光燈起輝瞬間,燈管兩端電壓________(填“大于”“等于”或“小于”)220 V;
(4)日光燈正常發(fā)光時,啟動器的靜觸片和動觸片________(填“接通”或“斷開”).
答案:(1)斷開的 (2)啟動器 氖 (3)大于 (4)斷開
11.如右圖所示,自感線圈的自感系數很大,電阻為0.電鍵原來是合上的,在K斷開后,分析:
(1)若R1>R2,燈泡的亮度如何變化?
(2)若R1R2,即I1
11、變到某一較暗狀態(tài),再逐漸變暗到最后熄滅.
(2)因R1I2,小燈泡在K斷開后電流從原來的向右突然變?yōu)橄蜃?方向相反),然后再逐漸變小,最后為零,所以燈泡在K斷開后先變得比原來更亮,再逐漸變暗到熄滅.
答案:(1)先突然變到某一較暗狀態(tài),再逐漸變暗到最后熄滅.
(2)所以燈泡在K斷開后先變得比原來更亮,再逐漸變暗到熄滅.
12.我們用來煮食物的爐子有各種各樣的款式,它們的工作原理各不相同,有以天然氣、液化石油氣等作燃料的,例如天然氣爐,還有直接以電熱方式加熱的,例如電飯鍋.下面介紹的是以電磁感應原理生熱的電磁爐,如圖所示是描述電磁爐工作原理的示意圖,爐子的內部有一個金屬線
12、圈,當電流通過線圈時,會產生磁場,這個磁場的大小和方向是隨電流不斷變化的,這個變化的磁場又會使放在電磁爐上面的鐵質(或鋼鐵)鍋底內產生感應電流,由于鍋底有電阻,所以感應電流又會在鍋底產生熱效應,這些內能便能起到加熱物體的作用從而煮熟食物.電磁爐的特點是:效率比一般的爐子都高,爐面無明火,無煙無廢氣,火力強勁,安全可靠.因為電磁爐是由電磁感應產生電流,利用電流的熱效應產生熱量,所以不是所有的鍋或器具都適用.對于鍋的選擇,方法很簡單,只要是鍋底能被磁鐵吸住的就能用.適用于電磁爐的烹飪器具有不銹鋼鍋、不銹鋼壺、平底鐵鍋;不適用的有陶瓷鍋、圓底鐵鍋、耐熱玻璃鍋、鋁鍋、銅鍋等.
(1)在電磁爐加熱
13、食物的過程中涉及的物理原理有(回答三個即可):
①________________________________________________________________________;
②________________________________________________________________________;
③________________________________________________________________________.
(2)電磁爐所用的鍋不能用陶瓷鍋、耐熱玻璃鍋的原因是_____________________
14、___;電磁爐所用的鍋不能用鋁鍋、銅鍋的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.
(3)在鍋和電磁爐中間放置一紙板,電磁爐還能起到加熱作用嗎?為什么?
答案:(1)①電流的磁效應(或電生磁)?、陔姶鸥袘F象(或磁生電)?、垭娏鞯臒嵝?或焦耳定律)
(2)瓷和玻璃不能產生電磁感應現象 鋁、銅的導磁性太差,效率低
(3)能起到加熱作用,因為線圈產生的磁場能穿透紙板到達鍋底,在鍋底產生感應電流,利用電流的熱效應起到加熱作用.