鲁科版 物理 选修3-2：第2节 自感和第3节 自感现象的应用

欢迎进入物理课堂 第2节自感第3节自感现象的应用 课标定位 学习目标 1 知道自感现象和自感电动势 2 了解自感现象的应用和防止 3 知道自感系数的决定因素是自感线圈的自身结构 4 知道日光灯及其原理 知道启动器和镇流器的构造和原理 重点难点 1 自感现象的原因及分析 2 镇流器的应用 日光灯的工作原理 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第2 3节 课前自主学案 课前自主学案 一 自感现象1 自感现象 当导体中电流发生变化时 导体本身就产生感应电动势 这个电动势总是 导体中原来电流的变化的 这种由于 发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象 2 通电自感和断电自感 阻碍 导体自身电流 缓慢变亮 渐暗 立即熄灭 阻碍 阻碍 思考感悟1 在断电自感现象中灯A1一定 闪亮 一下才熄灭吗 提示 不一定 关键看断电瞬间流过灯A1的电流是否大于原来电流 若大于原电流则闪亮 二 自感电动势由于 变化所产生的感应电动势叫做自感电动势 自感电动势的大小E 三 自感系数 自感系数L简称自感或电感 它跟线圈的 以及是否有 等因素有关 线圈的横截面积越 线圈绕制得越 匝数越 它的自感系数越大 另外有 的线圈的自感系数比没有铁芯的大 单位 常用的还有 1H mH H 导体自身电流 形状 横截面积 长短 匝数 铁芯 大 密 多 铁芯 亨利 H 毫亨 mH 微亨 H 103 106 四 自感现象的应用1 日光灯构造 主要由 组成 2 镇流器的作用 在启动时产生 在正常工作时起 作用 3 感应圈 直接绕在铁芯上 由几匝 绕制而成 次级线圈则由多匝 绕成 4 感应圈的应用 可作实验室中小功率 能产生105V的高压 汽车发动机点火 煤气灶电子点火装置都是利用感应线圈产生的 来完成工作的 另外 电焊机也利用了自感现象 日光灯管 镇流器 启动器 瞬时高压 降压限流 初级线圈 粗导线 细导线 高压电源 高压电火花 思考感悟2 若将日光灯接在220V的电源上 日光灯正常工作时灯管两端电压一定是220V吗 提示 不是 正常工作时镇流器降压限流 日光灯管两端电压小于220V 核心要点突破 一 自感电动势和自感系数1 自感电动势 2 自感系数 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 2010年高考海南理综卷改编 下列说法正确的是 A 只要当线圈中有电流时 线圈中就有自感电动势B 当线圈中电流反向时 线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相反C 当线圈中电流增大时 线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反D 当线圈中电流减小时 线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反 解析 选C 由法拉第电磁感应定律可知 当线圈中电流不变时 不产生自感电动势 A错 当线圈中电流反向时 相当于电流减小 线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相同 B错 当线圈中电流增大时 自感电动势阻碍电流增大 线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反 C对 当线圈中电流减小时 自感电动势阻碍电流的减小 线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相同 D错 二 两种自感现象的分析1 通电自感 2 断电自感 特别提醒 在通电自感现象中 线圈L相当于阻值逐渐减小的 电阻 在断电自感现象中 线圈L相当于电动势逐渐减小的 电源 在断电自感中要判断某一个小灯泡是否会闪亮一下再熄灭 一是看是否能组成临时回路 二是看此时通过小灯泡的电流比断开前大 还是小 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 如图2 2 1所示电路中 A B是两个相同的灯泡 L是一个带铁芯的线圈 电阻可不计 调节R 电流稳定时两灯都正常发光 则在开关闭合和断开时 图2 2 1 A 两灯同时亮 同时熄灭B 闭合S时 B灯比A灯先到达正常发光状态C 断开S时 A B两灯都不会立即熄灭 通过A B两灯的电流方向都与原电流方向相同D 断开S时 A灯会突然闪亮一下后再熄灭 解析 选B 闭合S时 A灯支路中 由于L产生的自感电动势阻碍电流增大 A灯将推迟一些时间才能达到正常发光状态 A错误 B正确 断开S时 L中产生与原电流方向相同的自感电动势 由它作为电源对A B两灯的回路供电 因此两灯都不会立即熄灭 此时流过A灯的电流与原电流同向 流过B灯的电流与原电流反向 C错误 断开S后 由电池为电源的供电电流是从原来稳定时通过L中的电流值逐渐减小的 因此A B两灯只是延缓一些时间熄灭 并不会闪亮一下 D错误 三 日光灯的工作原理1 日光灯发光原理灯管内充有微量氩和稀薄汞蒸气 两端有灯丝 内壁涂有荧光物质 其发光原理如下流程 图2 2 2 2 启动器的作用图2 2 3 1 构造 如图2 2 3所示 它是一个充有氖气的小玻璃泡 里面装上两个电极 一个固定不动的静触片和一个用双金属片制成的U形动触片 2 作用 当开关闭合时 电源把电压加在启动器两极之间 使氖气放电发出辉光 辉光产生的热量使双金属片受热膨胀 内层膨胀幅度大一些 使U形动触片膨胀伸长跟静触片接触而把电路导通 于是镇流器中的线圈和灯管的灯丝中就有电流通过 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 在电路突然中断瞬间 镇流器线圈因自感产生一个瞬时高压 这个高压和电源电压加在灯管两端使灯管中的汞蒸气开始放电导通 使日光灯发光 归纳一句 利用氖管的辉光放电 起着自动把电路接通和断开为镇流器产生瞬时自感高压的作用 3 镇流器的作用 镇流器是一个带铁芯的线圈 其自感系数很大 镇流器在日光灯启动阶段和正常发光阶段 起着不尽相同的作用 具体表现为 1 在灯管启动时 镇流器能够产生一个高出电源电压很多的瞬时电压 使日光灯内的气体导电 而被点燃 在日光灯启动后 因为日光灯的电阻变得很小 只允许通过不大的电流 否则就会将灯管烧坏 这时加在灯管两端的电压低于电源电压 此要求也是通过镇流器来实现的 2 日光灯的工作过程分为预热阶段 点燃阶段和正常发光阶段 在不同阶段 镇流器的作用不同 在点燃时 镇流器的作用是提供瞬时电压 在正常发光时 镇流器起降压限流作用 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 对于日光灯的下列说法中正确的是 A 启动器是在日光灯启动过程中起接通电路并提供瞬时高压的作用B 镇流器在日光灯启动及工作过程中起降压限流作用C 日光灯发光原理同白炽灯一样 都是由灯丝产生足够热量时发光的D 启动器只在日光灯启动时起暂时接通电路的作用 而镇流器在启动时提供高压 在正常工作时又起降压限流作用 解析 选D 启动时 启动器起接通电路作用 然后断开 镇流器由于自感产生瞬时高压 将气体击穿后 炽热的灯丝释放电子与汞原子碰撞产生紫外线 再引起荧光物质发光 正常工作时镇流器又阻碍电流变化起降压限流作用 可见A B C错 D对 课堂互动讲练 如图2 2 4所示 LA LB是两个完全相同的小灯炮 灯泡电阻r R L是一个自感系数很大的线圈 它的电阻和R相等 由于自感现象 当开关接通或断开时 下列说法正确的是 自感现象的分析 图2 2 4 A S接通时 灯泡LA先亮 LB后亮B S接通时 IA IBC S断开 LB先熄灭 LA则先闪亮一下再熄灭D S断开时 IA IB 精讲精析 S接通时 L中产生与电流方向相反的电动势 阻碍作用很大 相当于断路 因此LA和LB同时亮 且LA亮度大 即IA IB 故AB错误 当达到稳定时 LA和LB亮度相同 此时IA IBIA 因此LA先闪亮一下再熄灭 故C正确 开关断开后 无电流通过LB 因此LB先熄灭 故D错误 答案 C 规律总结 若电路中的电流发生变化 电感L的作用总是阻碍电流的变化 当电路稳定时 电感L相当于一段导体 若电感L有直流电阻 则相当于定值电阻的作用 若无直流电阻 则它相当于一根短路导线 如图2 2 5所示的电路中 S闭合时流过电感线圈的电流为2A 流过灯泡的电流是1A 将S突然断开 则S断开前后 能正确反映流过灯泡的电流I随时间t变化关系的图象是下图中的 图2 2 5 图2 2 6 精讲精析 由题图所示知 在S闭合的时候 流过灯泡 线圈L的电流方向都是自左向右的 在S断开的瞬间 流过L的电流大小仍为2A 方向仍是从左向右的 它与灯泡构成串联回路 故流过灯泡的电流大小变成2A 方向变成由右向左 然后逐渐减小为零 故D正确 答案 D 规律总结 解决自感现象中的图象问题 一般思路是 首先要明确S断开前线圈中电流的大小及方向 其次要知道S断开后的临时电路 最后即可判断出灯泡或其它支路中电流的方向和大小变化情况 类型三 日光灯的原理分析 在日光灯工作原理中 如图2 2 7所示 简述其原理并完成以下问题 1 开关合上前 启动器的静金属片和动金属片是 填 接通的 或 断开的 2 开关刚合上时 220V交流电压加在 之间 使氖泡发出辉光 3 日光灯启动瞬间 灯管两端的电压 220V 填 高于 等于 或 小于 图2 2 7 4 日光灯正常发光时 启动器的静触片和动触片 填 接通 或 断开 镇流器起着 的作用 保证日光灯正常工作 5 启动器中的电容器能 没有电容器 启动器也能工作 思路点拨 日光灯是典型自感现象的应用 要根据其现成部件的作用分析 自主解答 按原理图接好日光灯电路后 当开关闭合 电源把电压加在启动器的两金属片之间 使氖泡内的氖气放电发出辉光 辉光放电产生的热量使U形动片膨胀 跟静片接触把电路接通 于是镇流器的线圈和灯管的灯丝中就有电流通过 电路接通后 启动器中的氖气停止放电 U形片冷却后收缩恢复原状 两金属片分离电路断开 由于镇流器的自感作用 会产生很高的自感电动势 其方向与原电压方向相同 很高的自感电动势加上原电源电压加在灯管两端 使管内汞气体导电 产生紫外线 激发荧光粉发光 灯管被点亮 日光灯使用的是正弦交流电 电流的大小和方向都随时间做周期性变化 在日光灯正常发光后 由于交变电流通过镇流器的线圈 线圈中会产生自感电动势 它的作用总是阻碍电流的变化 这时的镇流器就起到了降压限流的作用 保证日光灯的正常工作 启动器中的电容器能使动静片脱离时避免产生电火花而烧毁启动器 没有电容器 同样能工作 当日光灯正常点亮后 启动器不再起作用 就是摘去了也不影响日光灯的发光 答案 1 断开的 2 启动器的两电极 3 高于 4 断开降压限流 5 避免产生电火花 变式训练如图2 2 8所示 日光灯主要由灯管 镇流器和启动器组成 下列说法错误的是 图2 2 8 A 镇流器产生的瞬间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 镇流器起着降压限流的作用解析 选C 在日光灯正常工作时 镇流器起着降压限流的作用 因此灯管点燃后 灯管两端的电压小于电源电压220V 知能优化训练 本部分内容讲解结束 点此进入课件目录 按ESC键退出全屏播放 谢谢使用 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