高二物理：3.1《自感现象与日光灯》课件（沪科选修3-2）

欢迎进入物理课堂 1 5自感现象与日光灯 课标定位 学习目标 1 通过探究了解日光灯的结构及各部分的作用 2 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 3 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 4 知道自感现象的利与弊及对它们的利用和防止 重点难点 两种自感现象的分析即是重点又是难点 核心要点突破 课堂互动讲练 课前自主学案 知能优化训练 1 5 课前自主学案 一 探究日光灯电路按如图1 5 1所示连接日光灯电路 图1 5 1 1 日光灯构造 主要由灯管 组成 2 镇流器的作用 启动时产生 在正常工作时起到 的作用 镇流器 起辉器 瞬时高电压 降压限流 二 探究自感现象1 探究电路闭合时线圈的自感现象如图1 5 2所示的电路 两灯泡规格相同 接通开关后调节电阻R 使两个灯泡亮度相同 然后断开电路 重新接通电路 在S闭合的瞬间 我们观察到两个灯泡并不是同时亮起的 A2 A1逐渐亮起 最后达到相同的亮度 先亮 图1 5 2 2 探究电路断开时线圈的自感现象如图1 5 3所示 将电路连接好 先闭合开关使灯泡亮起来 然后将开关断开 会发现灯泡猛亮一下后再熄灭 图1 5 3 电流发生变化 感应电动势 三 自感电动势和自感系数1 自感现象 由于导体本身的 而产生的电磁感应现象 叫做自感现象 2 自感电动势 自感现象中产生的 叫做自感电动势 E 式中的比例系数L叫做线圈的自感系数 3 自感系数 1 物理意义 表征线圈能产生 本领大小的物理量 数值上等于通过线圈的电流在1s内改变 时产生的自感电动势的大小 2 决定自感系数L大小的因素 跟线圈的 横截面积 长短 匝数等因素有关 线圈的横截面积越大 匝数越多 越密 线圈越长 它的自感系数 将 插入线圈 也会使线圈的自感系数大大增加 自感电动势 1A 形状 大小 越大 铁心 3 单位 自感系数的单位是 简称 符号是 常用的较小单位还有 mH 和 H 1H mH 1H H 亨利 亨 H 毫亨 微亨 103 106 思考感悟自感现象是否属于电磁感应现象 是否遵守楞次定律和法拉第电磁感应定律 提示 自感现象属于电磁感应现象 所以遵守楞次定律和法拉第电磁感应定律 核心要点突破 一 探究日光灯电路及其原理1 日光灯的电路图日光灯主要由灯管 镇流器 起辉器组成 其电路图如图1 5 4所示 图1 5 4 2 主要元件及作用 1 灯管日光灯灯管的两端各有一个灯丝 灯管内充有微量的氩和稀薄的汞蒸气 灯管内壁上涂有荧光粉 两个灯丝之间的气体导电时发出紫外线 使涂在管壁上的荧光粉发出柔和的可见光 2 镇流器 构造镇流器是一个带铁芯的线圈 自感系数很大 作用起辉器接通再断开的瞬间 镇流器能产生瞬时高压 加在灯管两端 使灯管中的气体导电 日光灯开始发光 在日光灯正常发光时 由于交变电流通过镇流器的线圈 线圈中产生自感电动势 总是阻碍电流的变化 这时镇流器起着降压限流的作用 保证日光灯的正常工作 3 起辉器 构造起辉器主要由电容器和封装在充有氖气的小玻璃泡中的静触片及由双金属片制成的U形动触片构成 作用起辉器的主要作用是通过它的接通和断开过程 使镇流器产生瞬时高电压 3 日光灯的工作原理 1 启动 开关闭合后 电源电压加在起辉器两极间 使氖气放电 发辉光 产生热量 使U形动触片膨胀 跟静触片接触把电路接通 电路接通后 氖气停止放电 U形动触片冷动收缩 两触片分开 电路断开 电路断开瞬间 镇流器产生很高的自感电动势 其方向与原电压方向相同 共同加在灯管两端 使汞蒸气放电 日光灯开始工作 2 正常发光 日光灯正常发光时 镇流器与两灯丝及灯管内的汞蒸气组成闭合电路 由于镇流器的线圈产生自感现象 阻碍通过灯管的电流变化 起降压限流作用 确保日光灯正常工作 特别提醒 在起辉器静 动两触片间并接一个电容器 其作用是在两触片分离时避免产生火花而烧坏触片 没有此电容器 起辉器也能工作 日光灯正常发光后 起辉器两触片呈分离状态 不再动作 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 关于镇流器的作用 下列说法中正确的是 A 在日光灯点燃时 产生瞬时高压B 在起辉器两触片接通时 产生瞬时高压C 在日光灯正常发光后 起限流和降压作用D 在日光灯正常发光后 使日光灯两端电压稳定在220V解析 选AC 镇流器产生的瞬时高压是断电自感电动势 是在起辉器两触片由接触到断开的瞬间产生的 故B错误 日光灯正常发光时灯管两端电压只有几十伏 没有220V 故D错误 二 两种自感现象的探究1 通电自感在通电自感中 两个灯泡不同时亮起 如图1 5 5所示的电路 两灯泡规格相同 闭合开关后调节滑动变阻器R 使两个灯泡亮度相同 然后断开开关 再次接通的瞬间 图1 5 5 2 断电自感在断电自感中 灯泡的亮度变化 自感电动势 的方向 总是要阻碍引起自感电流的变化 就好像感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化一样 自感电动势阻碍的对象是 电流的变化 而不是电流本身 图1 5 6 至于灯泡中的电流是突然变大还是变小 也就是说灯泡是否突然变得更亮一下 就取决于I2与I1谁大谁小 也就是取决于R和r谁大谁小的问题 1 如果R r 就有I1 I2 灯泡会先更亮一下才熄灭 2 如果R r 灯泡会由原亮度渐渐熄灭 3 如果R r 灯泡会先立即暗一些 然后渐渐熄灭 特别提醒 产生自感电动势的效果体现为线圈中电流在原来电流值基础上逐渐减小 而不是电动势与线圈两端电压相等 自感电动势可以超出线圈两端原电压 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 2011年海南高二检测 在如图1 5 7所示的电路中 a b为两个完全相同的灯泡 L为自感线圈 E为电源 S为开关 关于两灯泡点亮和熄灭的先后次序 下列说法正确的是 图1 5 7 A 合上开关 a先亮 b后亮 断开开关 a b同时熄灭B 合上开关 b先亮 a后亮 断开开关 a先熄灭 b后熄灭C 合上开关 b先亮 a后亮 断开开关 a b同时熄灭D 合上开关 a b同时亮 断开开关 b先熄灭 a后熄灭 解析 选C 由于L是自感线圈 当合上S时 自感线圈L将产生自感电动势 阻碍电流的流过 故b灯先亮 而a灯后亮 当S断开时 a b组成回路 L产生自感电动势阻碍电流的减弱 由此可知 a b同时熄灭 故选项C正确 课堂互动讲练 如图1 5 8所示是日光灯的结构示意图 若按图示的电路连接 关于日光灯发光的情况 下列叙述中正确的是 图1 5 8 A S1接通 S2 S3断开 日光灯就能正常发光B S1 S2接通 S3断开 日光灯就能正常发光C S3断开 接通S1 S2后 再断开S2 日光灯就能正常发光D 当日光灯正常发光后 再接通S3 日光灯仍能正常发光 精讲精析 当S1接通 S2 S3断开时 电源电压 220V 直接加在灯管两端 达不到灯管启动的瞬时高压值 日光灯不能发光 选项A错误 当S1 S2接通 S3断开时 灯管两端被短路 电压为零 日光灯不能发光 选项B错误 当日光灯正常发光后 再接通S3 则镇流器被短路 灯管两端电压过高 会损坏灯管 选项D错误 只有当S1 S2接通 再断开S2 镇流器中产生很大的自感电动势 和原电压一起加在灯管两端 使灯管内气体电离 日光灯正常发光 选项C正确 答案 C 规律总结 日光灯正常工作后 灯管内气体导电成为电流的通路 启动器不再起任何作用 此时把启动器取下来 对日光灯发光无影响 启动器中的电容器能使动 静触片在分离的瞬间不产生电火花 以免烧坏触点 2011年上海模拟 如图1 5 9中所示灯LA LB完全相同 带铁心的线圈L的电阻可忽略 则 图1 5 9 A S闭合的瞬间 A B同时发光 接着A变暗 B更亮 最后A熄灭B S闭合瞬间 A不亮 B立即亮C S闭合瞬间 A B都不立即亮D 稳定后再断开S的瞬间 B熄灭 A比B 原先亮度 更亮 精讲精析 本题考查通电自感现象的分析 关键要知道纯电感线圈在电流稳定时相当于一根短路导线 S接通的瞬间 L支路中电流从无到有发生变化 因此 L中产生的自感电动势阻碍电流增加 由于有铁心 自感系数较大 对电流的阻碍作用也就很强 所以S接通的瞬间L中的电流非常小 即干路中的电流几乎全部流过A 所以A B会同时亮 又由于L中电流很快稳定 感应电动势很快消失 L的阻值因为很小 所以对A起到 短路 作用 因此 A便熄灭 这里电路的总电阻比刚接通时小 由恒定电流知识可知 B会比以前更亮 答案 A 方法总结 分析自感现象时要抓住两点 一是线圈在电路中的位置 结构 二是电路中原有电流的变化规律 如电流方向 电流突然变化的情况等 图1 5 10 A 有阻碍电流的作用 最后电流由I0减小到零B 有阻碍电流的作用 最后电流总小于I0C 有阻碍电流增大的作用 因而电流将保持I0不变D 有阻碍电流增大的作用 但电流最后还是增大到2I0 思路点拨 自感电动势能阻碍电流的变化 但电流还是要变化的 自主解答 开关S由断开到闭合瞬间 回路中的电流要增大 因而在L上要产生自感电动势 阻碍引起它的电流的变化 但阻碍不是阻止 电流仍要增大 而达到稳定后其电流为2I0 选项D正确 答案 D 变式训练某线圈通有图1 5 11所示的电流 则线圈中自感电动势改变方向的时刻有 图1 5 11 A 第1s末B 第2s末C 第3s末D 第4s末解析 选BD 当电流变化时 它所产生的磁场也跟着变化 导致穿过线圈的磁通量也发生变化 选0 1s内电流产生的磁通量方向为正方向 则磁通量随时间变化的关系图像如图所示 再由楞次定律分别判断0 1s 1 2s 2 3s 3 4s 4 5s内的自感电流和自感电动势的方向 发现在第2s末 第4s末自感电动势改变方向 所以B D正确 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