高中物理课件：第五节~第六节《自感现象》（人教版选修3-2）《日光灯原理》（人教版选修3-2）

欢迎进入物理课堂 第五节自感现象第六节日光灯原理 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第五节 第六节 课前自主学案 目标概览 目标概览 学习目标 1 知道什么是互感现象和自感现象 2 知道互感现象和自感现象的利与弊 以及对它们的利用和防止 3 了解自感系数和自感电动势公式 知道自感系数的意义和决定因素及单位 4 知道普通日光灯的组成和电路图 5 知道启动器和镇流器的构造和工作原理 重点难点 1 自感现象的应用 2 对自感现象及自感系数 自感电动势的理解 3 日光灯的工作原理 课前自主学案 一 自感1 自感现象 由于导体本身的 而产生的电磁感应现象 2 自感电动势 在自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势 自感电动势的大小取决于 3 自感系数L 1 大小 线圈的长度越长 线圈的面积 单位长度上的匝数 线圈的自感系数越大 线圈有铁芯比无铁芯时自感系数 2 单位 符号H 1H 103mH 106 H 电流发生变化 电流变化的快慢和自感系数 越大 越多 大 亨利 二 日光灯图16 5 11 日光灯电路 如图16 5 1 主要由灯管 组成 日光灯管点燃时 电压比220V电压高 工作时电压 220V 镇流器 启动器 小于 2 启动器 1 构造 静触片 用 制成的U形动触片 还有一个电容器作为附件与小氖泡并联 2 作用 使电路短暂接通再将 3 镇流器的作用在启动器短暂接通电路再将电路断开的瞬间 镇流器中的电流急剧 产生很高的 这个自感电动势的方向与原来电源的电压方向 它们合在一起 形成一个 加在灯管两端 使灯管中的气体放电 于是灯管成为电流的通路 开始发光 日光灯正常发光时 镇流器起着 的作用 保证日光灯的正常工作 双金属片 电路断开 减小 自感电动势 相同 瞬时高压 降压限流 核心要点突破 一 对自感现象的进一步理解1 自感电动势 1 产生的原因 通过线圈的电流发生变化 导致穿过线圈的磁通量发生变化 因而在原线圈上产生感应电动势 2 作用 阻碍原电流的变化 而不是阻止 电流仍在变化 只是使原电流的变化时间变长 3 方向 当原电流增大时 自感电动势方向与原电流方向相反 当原电流减小时 自感电动势方向与原电流方向相同 2 自感现象的分析思路 1 明确电流情况 按照直流电路的分析方法 判断由于开关闭合 变阻器调节等导致线圈中的电流增大还是减小 2 分析线圈对电流的阻碍 线圈中电流增强时 如通电 由于自感电动势方向与原电流方向相反 阻碍增加 电流逐渐增大 线圈中电流减小时 如断电 由于自感电动势方向与原电流方向相同 阻碍减小 线圈中电流方向不变 电流逐渐减小 3 分析最后的稳定状态 常出现在电路中有线圈和灯泡串联 线圈和灯泡并联两种形式 现分别分析如下 二 日光灯的工作原理1 日光灯的启动日光灯的工作电路图如图16 5 1所示 当开关闭合后 电源电压加在启动器两极之间 由于两极间距离较近 使氖气放电而发出辉光 辉光产生的热量使U形动触片膨胀伸长跟静触片接触而将电路接通 灯管灯丝因有电流通过发热对灯管中的汞蒸气预热 与此同时 启动器中的氖气停止放电 U形动触片冷却收缩而与静触片分开 电路断开 这一瞬间电流的变化 使镇流器中线圈因电流急剧减少而产生很高的自感电动势 这个自感电动势与原电压加在一起 使灯管两端产生瞬间高压 使汞蒸气变成离子而导电 日光灯管被点燃而发光 2 日光灯的工作日光灯管点燃后 电阻小 要求电流小 且日光灯管是用交流电源 大小与方向都随时间变化的电流 供电 此时镇流器产生自感电动势 阻碍电流的变化 从而镇流器在灯管正常发光时起到降压限流的作用 保证日光灯管的正常工作 日光灯由于靠离子导电 电阻很小 故电流的热效应小 这样日光灯能节省电能 课堂互动讲练 关于线圈的自感系数 下面说法正确的是 A 线圈中产生的自感电动势越大 线圈的自感系数一定越大B 线圈中电流变化越快 自感系数越大C 线圈中的电流为零 自感系数也为零D 线圈的自感系数是由线圈本身的几何尺寸及铁芯情况决定的 解析 自感系数是线圈本身的固有属性 只决定于线圈的长短 粗细 匝数 有无铁芯等自身因素 而与电流变化快慢等外部因素无关 所以选D 答案 D 点评 注意自感系数与自感电动势的区别与联系 变式训练1在电磁感应现象中 下列说法正确的是 A 感应电流的磁场总是阻碍原来磁场的变化B 自感电动势的方向总是与原电流方向相反C 穿过闭合电路的磁通量越大 电路中的感应电流也越大D 穿过回路的磁通量变化越快 电路中的感应电动势也越大答案 AD 在图16 5 2所示的电路中 线圈L的自感系数很大 且其电阻可以忽略不计 D1和D2是两个完全相同的小灯泡 在开关S闭合和断开的过程中 灯丝不会断 D1和D2的亮度变化情况是 图16 5 2 A S闭合 D1很亮且亮度不变 D2亮度逐渐增加 最后两灯一样亮 S断开后 D2立即熄灭 D1渐亮B S闭合 D1不亮 D2很亮 S断开 D1和D2都立即不亮C S闭合 D1 D2同时亮 而后D1熄灭 D2亮度不变 S断开 D2立即熄灭 D1亮一下后才灭D S闭合 D1 D2同时亮 而后D1逐渐熄灭 D2则逐渐变得更亮 S断开 D2立即熄灭 D1亮一下后才灭 解析 当S闭合 L的自感系数很大 对电流的阻碍作用较大 电源输出电流的通道是D1和D2串联后与电源相连 故D1和D2同时亮 随着通过L的电流增大 L的直流电阻不计 L的分流作用增大 D1中的电流逐渐减小为零 由于总电阻变小 总电流变大 D2中的电流增大 灯变得更亮 当S断开 D2中无电流 立即熄灭 而电感L将要维持它的电流不变 因L与D1组成回路 D1将亮一下后再灭 故选项D正确 答案 D 变式训练2图16 5 3如图16 5 3所示 电路中L为一电感线圈 ab支路和cd支路电阻相等 则 A 合上开关S时 电流表A1的示数小于电流表A2的示数B 合上开关S时 电流表A1的示数等于电流表A2的示数 C 断开开关S时 电流表A1的示数大于电流表A2的示数D 断开开关S时 电流表A1的示数等于电流表A2的示数解析 选AD 电路接通时 ab支路有电感线圈L 由于电流要增加 产生的自感电动势阻碍其电流的增加 因此其电流增加缓慢 电流表A1的示数小于电流表A2的示数 断电瞬间 电感线圈L电流减弱 产生的自感电动势阻碍电流的减弱 可以维持一段时间的电流 通过电阻R和电流表A2构成回路 这时电流表A1 A2示数相同 如图16 5 4所示的电路中 两个相同的电流表 零刻点在刻度盘的中央 当电流从 接线柱流入时 指针向右摆 当电流从 接线柱流入时 指针向左摆 在电路接通且稳定时再断开开关的瞬间 下列说法正确的是 图16 5 4 A G1指针向右摆 G2指针向左摆B G1指针向左摆 G2指针向右摆C 两指针都向右摆D两指针都向左摆 解析 电路接通且稳定时 两支路均有自左向右的电流 当开关断开的瞬间 无自感线圈的支路则没有自感电流产生 有自感线圈的支路产生阻碍原电流变化的自感电流 且这一自感电流将通过能与它形成回路的各支路 此题中开关断开的瞬间 电路电流减小 故L将产生自左至右的自感电流以阻碍原电流变化 且此时开关断开 L所在支路只能与R所在支路串联形成回路 则自感电流自右至左流经R所在支路 故选A 答案 A 点评 在通电自感中 线圈中的电流方向由电源决定 在断电自感中 线圈中的电流方向与原电流方向相同 变式训练3图16 5 5如图16 5 5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S 下列表示A B两点间电压UAB随时间t变化的图象中 正确的是 图16 5 6解析 选B 由于自感现象 t 0时刻UAB较大 随时间推移UAB减小 断开S L中的电流方向不变 大小减小 经过L R D形成回路 故UAB方向改变 逐渐减小至0 故B正确 如图16 5 7所示 日光灯主要由灯管 镇流器和启动器组成 下列说法正确的是 图16 5 7 A 镇流器产生的瞬时高压来源于启动器两触片接通再断开的瞬间B 灯管点燃后 启动器中两个触片分离C 灯管点燃后 灯管两端的电压等于电源电压220VD 在日光灯正常工作时 镇流器和启动器都不再起作用 自主解答 在启动器断开的瞬间 通过镇流器的电流急剧减小 镇流器中产生瞬时高压 A正确 当灯管内气体放电开始发光后 动静触片间电压不足以使氖气放电产生热量使双金属片受热膨胀而接触 因此动静触片是分离的 B正确 灯管正常发光时 线圈中产生自感电动势 总是阻碍电流变化 镇流器起降压限流作用 灯管两端的电压小于220V C错误 正常发光时 启动器不再起作用 但镇流器仍有降压限流作用 D错误 答案 AB 点评 对于日光灯电路 关键是理解掌握启动器 镇流器的工作原理 及灯管发光的条件 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全