魯科版 物理 選修3-2 2.2 自感和第3節(jié) 自感現(xiàn)象的應用

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歡迎進入物理課堂 第2節(jié)自感第3節(jié)自感現(xiàn)象的應用 課標定位 學習目標 1 知道自感現(xiàn)象和自感電動勢 2 了解自感現(xiàn)象的應用和防止 3 知道自感系數(shù)的決定因素是自感線圈的自身結(jié)構(gòu) 4 知道日光燈及其原理 知道啟動器和鎮(zhèn)流器的構(gòu)造和原理 重點難點 1 自感現(xiàn)象的原因及分析 2 鎮(zhèn)流器的應用 日光燈的工作原理 核心要點突破 課堂互動講練 知能優(yōu)化訓練 第2 3節(jié) 課前自主學案 課前自主學案 一 自感現(xiàn)象1 自感現(xiàn)象 當導體中電流發(fā)生變化時 導體本身就產(chǎn)生感應電動勢 這個電動勢總是 導體中原來電流的變化的 這種由于 發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象 2 通電自感和斷電自感 阻礙 導體自身電流 緩慢變亮 漸暗 立即熄滅 阻礙 阻礙 思考感悟1 在斷電自感現(xiàn)象中燈A1一定 閃亮 一下才熄滅嗎 提示 不一定 關鍵看斷電瞬間流過燈A1的電流是否大于原來電流 若大于原電流則閃亮 二 自感電動勢由于 變化所產(chǎn)生的感應電動勢叫做自感電動勢 自感電動勢的大小E 三 自感系數(shù) 自感系數(shù)L簡稱自感或電感 它跟線圈的 以及是否有 等因素有關 線圈的橫截面積越 線圈繞制得越 匝數(shù)越 它的自感系數(shù)越大 另外有 的線圈的自感系數(shù)比沒有鐵芯的大 單位 常用的還有 1H mH H 導體自身電流 形狀 橫截面積 長短 匝數(shù) 鐵芯 大 密 多 鐵芯 亨利 H 毫亨 mH 微亨 H 103 106 四 自感現(xiàn)象的應用1 日光燈構(gòu)造 主要由 組成 2 鎮(zhèn)流器的作用 在啟動時產(chǎn)生 在正常工作時起 作用 3 感應圈 直接繞在鐵芯上 由幾匝 繞制而成 次級線圈則由多匝 繞成 4 感應圈的應用 可作實驗室中小功率 能產(chǎn)生105V的高壓 汽車發(fā)動機點火 煤氣灶電子點火裝置都是利用感應線圈產(chǎn)生的 來完成工作的 另外 電焊機也利用了自感現(xiàn)象 日光燈管 鎮(zhèn)流器 啟動器 瞬時高壓 降壓限流 初級線圈 粗導線 細導線 高壓電源 高壓電火花 思考感悟2 若將日光燈接在220V的電源上 日光燈正常工作時燈管兩端電壓一定是220V嗎 提示 不是 正常工作時鎮(zhèn)流器降壓限流 日光燈管兩端電壓小于220V 核心要點突破 一 自感電動勢和自感系數(shù)1 自感電動勢 2 自感系數(shù) 即時應用 即時突破 小試牛刀 1 2010年高考海南理綜卷改編 下列說法正確的是 A 只要當線圈中有電流時 線圈中就有自感電動勢B 當線圈中電流反向時 線圈中自感電動勢的方向與線圈中原電流的方向相反C 當線圈中電流增大時 線圈中自感電動勢的方向與線圈中電流的方向相反D 當線圈中電流減小時 線圈中自感電動勢的方向與線圈中電流的方向相反 解析 選C 由法拉第電磁感應定律可知 當線圈中電流不變時 不產(chǎn)生自感電動勢 A錯 當線圈中電流反向時 相當于電流減小 線圈中自感電動勢的方向與線圈中原電流的方向相同 B錯 當線圈中電流增大時 自感電動勢阻礙電流增大 線圈中自感電動勢的方向與線圈中電流的方向相反 C對 當線圈中電流減小時 自感電動勢阻礙電流的減小 線圈中自感電動勢的方向與線圈中電流的方向相同 D錯 二 兩種自感現(xiàn)象的分析1 通電自感 2 斷電自感 特別提醒 在通電自感現(xiàn)象中 線圈L相當于阻值逐漸減小的 電阻 在斷電自感現(xiàn)象中 線圈L相當于電動勢逐漸減小的 電源 在斷電自感中要判斷某一個小燈泡是否會閃亮一下再熄滅 一是看是否能組成臨時回路 二是看此時通過小燈泡的電流比斷開前大 還是小 即時應用 即時突破 小試牛刀 2 如圖2 2 1所示電路中 A B是兩個相同的燈泡 L是一個帶鐵芯的線圈 電阻可不計 調(diào)節(jié)R 電流穩(wěn)定時兩燈都正常發(fā)光 則在開關閉合和斷開時 圖2 2 1 A 兩燈同時亮 同時熄滅B 閉合S時 B燈比A燈先到達正常發(fā)光狀態(tài)C 斷開S時 A B兩燈都不會立即熄滅 通過A B兩燈的電流方向都與原電流方向相同D 斷開S時 A燈會突然閃亮一下后再熄滅 解析 選B 閉合S時 A燈支路中 由于L產(chǎn)生的自感電動勢阻礙電流增大 A燈將推遲一些時間才能達到正常發(fā)光狀態(tài) A錯誤 B正確 斷開S時 L中產(chǎn)生與原電流方向相同的自感電動勢 由它作為電源對A B兩燈的回路供電 因此兩燈都不會立即熄滅 此時流過A燈的電流與原電流同向 流過B燈的電流與原電流反向 C錯誤 斷開S后 由電池為電源的供電電流是從原來穩(wěn)定時通過L中的電流值逐漸減小的 因此A B兩燈只是延緩一些時間熄滅 并不會閃亮一下 D錯誤 三 日光燈的工作原理1 日光燈發(fā)光原理燈管內(nèi)充有微量氬和稀薄汞蒸氣 兩端有燈絲 內(nèi)壁涂有熒光物質(zhì) 其發(fā)光原理如下流程 圖2 2 2 2 啟動器的作用圖2 2 3 1 構(gòu)造 如圖2 2 3所示 它是一個充有氖氣的小玻璃泡 里面裝上兩個電極 一個固定不動的靜觸片和一個用雙金屬片制成的U形動觸片 2 作用 當開關閉合時 電源把電壓加在啟動器兩極之間 使氖氣放電發(fā)出輝光 輝光產(chǎn)生的熱量使雙金屬片受熱膨脹 內(nèi)層膨脹幅度大一些 使U形動觸片膨脹伸長跟靜觸片接觸而把電路導通 于是鎮(zhèn)流器中的線圈和燈管的燈絲中就有電流通過 電路接通后 啟動器中的氖氣停止放電 U形動觸片冷卻收縮 兩個觸片分離 電路自動斷開 在電路突然中斷瞬間 鎮(zhèn)流器線圈因自感產(chǎn)生一個瞬時高壓 這個高壓和電源電壓加在燈管兩端使燈管中的汞蒸氣開始放電導通 使日光燈發(fā)光 歸納一句 利用氖管的輝光放電 起著自動把電路接通和斷開為鎮(zhèn)流器產(chǎn)生瞬時自感高壓的作用 3 鎮(zhèn)流器的作用 鎮(zhèn)流器是一個帶鐵芯的線圈 其自感系數(shù)很大 鎮(zhèn)流器在日光燈啟動階段和正常發(fā)光階段 起著不盡相同的作用 具體表現(xiàn)為 1 在燈管啟動時 鎮(zhèn)流器能夠產(chǎn)生一個高出電源電壓很多的瞬時電壓 使日光燈內(nèi)的氣體導電 而被點燃 在日光燈啟動后 因為日光燈的電阻變得很小 只允許通過不大的電流 否則就會將燈管燒壞 這時加在燈管兩端的電壓低于電源電壓 此要求也是通過鎮(zhèn)流器來實現(xiàn)的 2 日光燈的工作過程分為預熱階段 點燃階段和正常發(fā)光階段 在不同階段 鎮(zhèn)流器的作用不同 在點燃時 鎮(zhèn)流器的作用是提供瞬時電壓 在正常發(fā)光時 鎮(zhèn)流器起降壓限流作用 即時應用 即時突破 小試牛刀 3 對于日光燈的下列說法中正確的是 A 啟動器是在日光燈啟動過程中起接通電路并提供瞬時高壓的作用B 鎮(zhèn)流器在日光燈啟動及工作過程中起降壓限流作用C 日光燈發(fā)光原理同白熾燈一樣 都是由燈絲產(chǎn)生足夠熱量時發(fā)光的D 啟動器只在日光燈啟動時起暫時接通電路的作用 而鎮(zhèn)流器在啟動時提供高壓 在正常工作時又起降壓限流作用 解析 選D 啟動時 啟動器起接通電路作用 然后斷開 鎮(zhèn)流器由于自感產(chǎn)生瞬時高壓 將氣體擊穿后 熾熱的燈絲釋放電子與汞原子碰撞產(chǎn)生紫外線 再引起熒光物質(zhì)發(fā)光 正常工作時鎮(zhèn)流器又阻礙電流變化起降壓限流作用 可見A B C錯 D對 課堂互動講練 如圖2 2 4所示 LA LB是兩個完全相同的小燈炮 燈泡電阻r R L是一個自感系數(shù)很大的線圈 它的電阻和R相等 由于自感現(xiàn)象 當開關接通或斷開時 下列說法正確的是 自感現(xiàn)象的分析 圖2 2 4 A S接通時 燈泡LA先亮 LB后亮B S接通時 IA IBC S斷開 LB先熄滅 LA則先閃亮一下再熄滅D S斷開時 IA IB 精講精析 S接通時 L中產(chǎn)生與電流方向相反的電動勢 阻礙作用很大 相當于斷路 因此LA和LB同時亮 且LA亮度大 即IA IB 故AB錯誤 當達到穩(wěn)定時 LA和LB亮度相同 此時IA IBIA 因此LA先閃亮一下再熄滅 故C正確 開關斷開后 無電流通過LB 因此LB先熄滅 故D錯誤 答案 C 規(guī)律總結(jié) 若電路中的電流發(fā)生變化 電感L的作用總是阻礙電流的變化 當電路穩(wěn)定時 電感L相當于一段導體 若電感L有直流電阻 則相當于定值電阻的作用 若無直流電阻 則它相當于一根短路導線 如圖2 2 5所示的電路中 S閉合時流過電感線圈的電流為2A 流過燈泡的電流是1A 將S突然斷開 則S斷開前后 能正確反映流過燈泡的電流I隨時間t變化關系的圖象是下圖中的 圖2 2 5 圖2 2 6 精講精析 由題圖所示知 在S閉合的時候 流過燈泡 線圈L的電流方向都是自左向右的 在S斷開的瞬間 流過L的電流大小仍為2A 方向仍是從左向右的 它與燈泡構(gòu)成串聯(lián)回路 故流過燈泡的電流大小變成2A 方向變成由右向左 然后逐漸減小為零 故D正確 答案 D 規(guī)律總結(jié) 解決自感現(xiàn)象中的圖象問題 一般思路是 首先要明確S斷開前線圈中電流的大小及方向 其次要知道S斷開后的臨時電路 最后即可判斷出燈泡或其它支路中電流的方向和大小變化情況 類型三 日光燈的原理分析 在日光燈工作原理中 如圖2 2 7所示 簡述其原理并完成以下問題 1 開關合上前 啟動器的靜金屬片和動金屬片是 填 接通的 或 斷開的 2 開關剛合上時 220V交流電壓加在 之間 使氖泡發(fā)出輝光 3 日光燈啟動瞬間 燈管兩端的電壓 220V 填 高于 等于 或 小于 圖2 2 7 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 鎮(zhèn)流器起著 的作用 保證日光燈正常工作 5 啟動器中的電容器能 沒有電容器 啟動器也能工作 思路點撥 日光燈是典型自感現(xiàn)象的應用 要根據(jù)其現(xiàn)成部件的作用分析 自主解答 按原理圖接好日光燈電路后 當開關閉合 電源把電壓加在啟動器的兩金屬片之間 使氖泡內(nèi)的氖氣放電發(fā)出輝光 輝光放電產(chǎn)生的熱量使U形動片膨脹 跟靜片接觸把電路接通 于是鎮(zhèn)流器的線圈和燈管的燈絲中就有電流通過 電路接通后 啟動器中的氖氣停止放電 U形片冷卻后收縮恢復原狀 兩金屬片分離電路斷開 由于鎮(zhèn)流器的自感作用 會產(chǎn)生很高的自感電動勢 其方向與原電壓方向相同 很高的自感電動勢加上原電源電壓加在燈管兩端 使管內(nèi)汞氣體導電 產(chǎn)生紫外線 激發(fā)熒光粉發(fā)光 燈管被點亮 日光燈使用的是正弦交流電 電流的大小和方向都隨時間做周期性變化 在日光燈正常發(fā)光后 由于交變電流通過鎮(zhèn)流器的線圈 線圈中會產(chǎn)生自感電動勢 它的作用總是阻礙電流的變化 這時的鎮(zhèn)流器就起到了降壓限流的作用 保證日光燈的正常工作 啟動器中的電容器能使動靜片脫離時避免產(chǎn)生電火花而燒毀啟動器 沒有電容器 同樣能工作 當日光燈正常點亮后 啟動器不再起作用 就是摘去了也不影響日光燈的發(fā)光 答案 1 斷開的 2 啟動器的兩電極 3 高于 4 斷開降壓限流 5 避免產(chǎn)生電火花 變式訓練如圖2 2 8所示 日光燈主要由燈管 鎮(zhèn)流器和啟動器組成 下列說法錯誤的是 圖2 2 8 A 鎮(zhèn)流器產(chǎn)生的瞬間高壓來源于啟動器兩觸片接通再斷開的瞬間B 燈管點燃后 啟動器中兩個觸片分離C 燈管點燃后 燈管兩端的電壓等于電源電壓220VD 在日光燈正常工作時 鎮(zhèn)流器起著降壓限流的作用解析 選C 在日光燈正常工作時 鎮(zhèn)流器起著降壓限流的作用 因此燈管點燃后 燈管兩端的電壓小于電源電壓220V 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全