新高中物理 第一章 8 自感现象及其应用课件 粤教版选修32.ppt

第一章 电磁感应 目标定位 1 观察实验 了解自感现象 并能够通过电磁感应规律分析通电自感与断电自感 2 了解影响自感电动势大小的因素和自感系数的决定因素 3 了解日光灯的发光原理 学案8自感现象及其应用 知识探究 自我检测 一 自感现象 知识探究 问题设计 1 通电自感 如图1所示 开关s闭合的时候两个灯泡的发光情况有什么不同 答案灯泡a2立即正常发光 灯泡a1逐渐亮起来 图1 2 断电自感 如图2所示 先闭合开关使灯泡发光 然后断开开关 1 开关断开前后 流过灯泡的电流方向有何关系 答案s闭合时 灯泡a中电流向左 s断开瞬间 灯泡a中电流方向向右 所以开关s断开前后 流过灯泡的电流方向相反 图2 2 在开关断开过程中 有时灯泡闪亮一下再熄灭 有时灯泡只会缓慢变暗直至熄灭 请分析上述两种现象的原因是什么 答案在开关断开后灯泡又闪亮一下的原因是灯泡断电后自感线圈中产生的感应电流比原线圈中的电流大 要想使灯泡闪亮一下再熄灭 就必须使自感线圈的电阻小于与之并联的灯泡 而当线圈电阻大于灯泡电阻时 灯泡只会延迟一段时间再熄灭 要点提炼 1 定义 由于线圈本身的发生变化而产生的电磁感应现象 在现象中产生的感应电动势叫自感电动势 2 自感电动势的大小 e l 其中l是自感系数 简称自感或电感 单位 符号 1mh 10 3h 1 h 10 6h 3 自感系数的决定因素 由线圈本身性质决定 与线圈的大小 形状 以及是否有等因素有关 与e i t等无关 电流 自感 亨利 h 匝数 铁芯 4 对通电自感和断电自感现象的分析自感电动势总是线圈中电流的变化 但不能线圈中电流的变化 1 通电瞬间自感电动势电流的增加 与线圈串联的灯泡在通电后会逐渐变亮 直到稳定 通电瞬间自感线圈处相当于断路 电流稳定时自感线圈相当于导体 阻碍 阻止 阻碍 2 断电时自感线圈处相当于电源 若断电前 自感线圈电流大小il灯泡的电流id则灯泡会闪亮一下再熄灭 若断电前自感线圈中的电流il灯泡中的电流id 则不会出现闪亮 而是逐渐熄灭 要注意断电前后通过灯泡的电流方向是否变化 大于 小于或等于 问题设计 1 自感现象可分为断电自感和通电自感 在使日光灯管启动的过程中 应用了哪种自感现象 二 日光灯 答案断电自感 2 仔细阅读教材 你认为启动器在日光灯电路中的作用是什么 答案启动器在日光灯电路中相当于一个自动开关 3 镇流器在日光灯的启动及正常工作时各起什么作用 答案当启动日光灯时 由于启动器的两个触片的分离 镇流器中的电流急剧减小 会产生很高的自感电动势 这个自感电动势与电源电压加在一起 形成一个瞬时高电压 加在灯管两端 使灯管中的气体放电 日光灯被点亮 日光灯管发光后 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 要点提炼 1 主要组成 灯管 2 启动器在日光灯电路中的作用为 3 镇流器的作用 当启动日光灯时 镇流器利用现象产生瞬时的电压 当日光灯正常发光时 镇流器又利用现象 对灯管起到作用 镇流器 启动器 自动开关 自感 高 自感 降压限流 典例精析 一 自感现象的分析 例1关于自感现象 下列说法正确的是 a 感应电流一定和原来的电流方向相反b 对于同一线圈 当电流变化越大时 线圈产生的自感电动势也越大c 对于同一线圈 当电流变化越快时 线圈的自感系数也越大d 对于同一线圈 当电流变化越快时 线圈中的自感电动势也越大 解析当电流增大时 感应电流的方向与原来的电流相反 当电流减小时 感应电流的方向与原来的电流相同 故选项a错误 自感电动势的大小与电流变化快慢有关 与电流变化大小无关 故选项b错误 d正确 自感系数只取决于线圈本身 与电流变化情况无关 故选项c错误 答案d 二 自感现象的分析 例2如图3所示 电感线圈l的自感系数足够大 其直流电阻忽略不计 la lb是两个相同的灯泡 且在下列实验中不会烧毁 电阻r2阻值约等于r1的两倍 则 a 闭合开关s时 la lb同时达到最亮 且lb更亮一些b 闭合开关s时 la lb均慢慢亮起来 且la更亮一些c 断开开关s时 la慢慢熄灭 lb马上熄灭d 断开开关s时 la慢慢熄灭 lb闪亮后才慢慢熄灭 图3 解析由于灯泡la与线圈l串联 灯泡lb与电阻r2串联 当s闭合的瞬间 通过线圈的电流突然增大 线圈产生自感电动势 阻碍电流的增加 所以lb先亮 由于la所在的支路电阻阻值偏小 故稳定时电流大 即la更亮一些 a b错误 当s断开的瞬间 线圈产生自感电动势 两灯组成的串联电路中 电流从线圈中电流开始减小 即从ia减小 故la慢慢熄灭 lb闪亮后才慢慢熄灭 c错误 d正确 答案d 思路点拨 1 分析自感电流的大小时 应注意 l的自感系数足够大 其直流电阻忽略不计 这一关键语句 2 电路接通瞬间 自感线圈相当于断路 3 电路断开瞬间 回路中电流从l中原来的电流开始减小 二 自感现象的图象问题例3如图4所示的电路中 s闭合且稳定后流过电感线圈的电流是2a 流过灯泡的电流是1a 现将s突然断开 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 图7 解析开关s断开前 通过灯泡d的电流是稳定的 其值为1a 开关s断开瞬间 自感线圈的支路由于自感现象会产生与线圈中原电流方向相同的感应电动势 使线圈中的电流从原来的2a逐渐减小 方向不变 且与灯泡d构成回路 通过灯泡d的电流和线圈l中的电流相同 也应该是从2a逐渐减小到零 但是方向与原来通过灯泡d的电流方向相反 d对 答案d 三 对日光灯工作原理的理解例4如图5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 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 图5 解析当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 灯丝两端被短路 电压为零 不能使气体电离导电 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 灯丝被预热 发出电子 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 使气体电离 日光灯正常发光 选项c正确 答案c 课堂要点小结 自我检测 1 对自感现象的理解 双选 如图6所示 闭合电路中的螺线管可自由伸缩 螺线管有一定的长度 这时灯泡具有一定的 亮度 若将一软铁棒从螺线管左边迅速插入螺线管内 则将看到 a 灯泡变暗b 灯泡变亮c 螺线管缩短d 螺线管伸长 1 2 3 图6 解析当软铁棒插入螺线管中 穿过螺线管的磁通量增加 故产生反向的自感电动势 所以电流减小 灯泡变暗 每匝线圈间同向电流作用力减小 故螺线管伸长 故a d正确 答案ad 1 2 3 2 自感现象的图象问题 图7中l是绕在铁芯上的线圈 它与电阻r r0及开关和电池e构成闭合回路 开关s1和s2开始都处于断开状态 设在t 0时刻 接通开关s1 经过一段时间 在t t1时刻 再接通开关s2 则能较准确表示电阻r两端的电势差uab随时间t变化的图线是 1 2 3 图7 解析闭合s1 由于线圈会阻碍电流的突然变大 所以uab会缓慢变大 d选项不正确 达到稳定后 再闭合s2 由于线圈的作用 原有电流慢慢变小 uab也从原来的数值慢慢减小 故选a 答案a 1 2 3 3 对日光灯工作原理的理解 如图所示 s为启动器 l为镇流器 其中日光灯的接线图正确的是 1 2 3 解析根