高中物理 1.6自感现象及其应用课件 粤教版选修32.ppt

2020 2 9 第六节自感现象及其应用 2020 2 9 课标定位 学习目标 1 能够通过电磁感应的有关规律分析自感现象 2 了解影响自感电动势大小的因素 知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量 3 了解自感现象 知道日光灯的构造及工作原理 重点难点 1 自感现象的原理 2 日光灯的工作原理 2020 2 9 第六节 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 课前自主学案 课标定位 2020 2 9 课前自主学案 一 自感现象1 自感 由于线圈本身的 发生变化而产生的电磁感应现象 叫做自感现象 2 实验探究 1 实验一 通电自感实验 电流 2020 2 9 实验装置在图1 6 1所示的通电自感电路中 两灯泡l1 l2的规格完全相同 根据灯泡l1 l2的亮度调节滑动变阻器r的电阻和线圈l的电阻相同 即 r rl 这样两并联支路的电阻就完全相同 图1 6 1 2020 2 9 实验现象在通电瞬间 与滑动变阻器r串联的灯泡l2 而与线圈串联的灯泡l1则 即其正常发光比l2 一段时间 最后两灯泡都正常发光 亮度相同 2 实验二 断电自感实验 实验装置 图1 6 2 逐渐变亮 滞后 立即变亮 2020 2 9 在图1 6 2所示的断电自感电路中 线圈l的电阻较小 线圈中有恒定电流时电阻值较小 目的是接通电路的灯泡正常发光时 通过线圈的电流il大于通过灯泡的电流il 即il il 实验现象闭合开关s接通电路 调节r使灯泡l正常发光 达到稳定后 突然断开s时 发现灯泡l先 一下 过一会儿才熄灭 闪亮 2020 2 9 3 实验分析 两个实验电路有一个共同特点 当闭合开关或断开开关时 通过线圈的电流发生了 由法拉第电磁感应定律可知 穿过线圈的磁通量发生了变化 线圈中产生 这个电动势总是 导体中原来电流的变化 3 自感电动势 在 中产生的感应电动势叫自感电动势 思考感悟 互感现象和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 两者都属于电磁感应现象 所以都遵守楞次定律和法拉第电磁感应定律 变化 感应电动势 阻碍 自感现象 2020 2 9 二 自感系数1 影响自感电动势大小的因素 1 穿过线圈的磁通量变化的 2 线圈本身的特性 2 自感系数自感系数是描述通电线圈 的物理量 简称为自感或电感 用l表示 1 大小 线圈的长度越 线圈的截面积越 单位长度上匝数越 线圈的自感系数越大 有铁芯的线圈比无铁芯时自感系数 得多 2 单位 亨利 符号h 1h 103mh 106 h 快慢 自身特性 长 多 大 大 2020 2 9 三 日光灯1 日光灯的构造 1 日光灯主要由灯管 和 组成 灯管的组成如图1 6 3所示 电路图如图1 6 4所示 镇流器 启动器 图1 6 3 2020 2 9 图1 6 4 2 镇流器 镇流器是一个带铁芯的线圈 自感系数很大 日光灯点燃时 利用自感现象产生 日光灯正常发光时 利用自感现象 对灯管起到 作用 瞬时高压 降压限流 2020 2 9 3 启动器 启动器的构造如图1 6 5所示 可利用氖气的辉光放电使动 静触片接通 在日光灯电路中相当于一个自动开关 图1 6 5 2020 2 9 2 工作过程 1 当开关闭合时 电源把电压加在启动器的两极之间 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电 u形动触片冷却收缩 两个触片分离 电路自动断开 流过镇流器的电流急剧减小 会产生很高的 方向与原来电压的方向 形成瞬时高压加在灯管两端 使灯管中的气体开始放电 于是日光灯管成为电流的通路开始发光 自感电动势 相同 2020 2 9 2 日光灯正常发光时 由于使用的是交变电流 电流的大小和方向做周期性变化 当交流电的大小增大时 镇流器上的自感电动势 原电流增大 自感电动势与原电压反向 当交流电的大小减小时 镇流器上的自感电动势 原电流减小 自感电动势与原电压同向 可见镇流器的自感电动势总是阻碍电流的变化 镇流器就起 的作用 阻碍 阻碍 降压限流 2020 2 9 核心要点突破 一 自感现象的理解1 对自感现象的理解 自感现象是一种电磁感应现象 遵从法拉第电磁感应定律和楞次定律 2 对自感电动势的理解 1 产生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 2020 2 9 2 自感电动势的方向当原电流增大时 自感电动势的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 增反减同 3 自感电动势的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 即总是起着推迟电流变化的作用 2020 2 9 3 对电感线圈阻碍作用的理解 1 两种阻碍作用产生的原因不同线圈对稳定电流的阻碍作用是由绕制线圈的导线的电阻决定的 对稳定电流阻碍作用的产生原因是金属对定向运动电子的阻碍作用 具体可用金属导电理论理解 线圈对变化电流的阻碍作用是由线圈的自感现象引起的 当通过线圈中的电流变化时 穿过线圈的磁通量发生变化 产生自感电动势 根据楞次定律知 当线圈中的电流增加时 线圈中的自感电动势与原电流方向相反 阻碍电流的增加 2020 2 9 如图1 6 6甲所示 当线圈中的电流减小时 线圈中的自感电动势与原电流方向相同 阻碍电流减小 图乙 图1 6 6 2020 2 9 2 两种阻碍作用产生的效果不同在通电线圈中 电流稳定值为e rl 由此可知线圈的稳定态电阻决定了电流的稳定值 l越大 电流由零增大到稳定值i0的时间越长 也就是说 线圈对变化电流的阻碍作用越大 电流变化的越慢 总之 稳定态电阻决定了电流所能达到的稳定值 对变化电流的阻碍作用决定了要达到稳定值所需的时间 2020 2 9 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 双选 如图1 6 7 图1 6 7 2020 2 9 所示的电路中 电源电动势为e 内阻r不能忽略 r1和r2是两个定值电阻 l是一个自感系数较大的线圈 开关s原来是断开的 从闭合开关s到电路中电流达到稳定为止的时间内 通过r1的电流i1和通过r2的电流i2的变化情况是 a i1开始较大而后逐渐变小b i1开始很小而后逐渐变大c i2开始很小而后逐渐变大d i2开始较大而后逐渐变小 2020 2 9 解析 选ac 闭合开关s时 由于l是一个自感系数较大的线圈 产生反向的自感电动势阻碍电流的变化 所以开始i2很小 随着电流达到稳定 自感作用减小 i2开始逐渐变大 闭合开关s时 由于线圈阻碍作用很大 路端电压较大 随着自感作用减小 路端电压减小 所以r1上的电压逐渐减小 电流逐渐减小 故a c正确 2020 2 9 二 自感现象的分析思路1 明确通过自感线圈的电流的变化情况 增大还是减小 2 判断自感电动势方向 电流增强时 如通电 自感电动势方向与电流方向相反 电流减小时 如断电 自感电动势方向与电流方向相同 3 分析线圈中电流变化情况 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 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 2020 2 9 4 明确电路中元件与自感线圈的连接方式 若元件与自感线圈串联 元件中的电流与线圈中电流有相同的变化规律 若元件与自感线圈并联 元件上的电压与线圈上的电压有相同的变化规律 若元件与自感线圈构成临时回路 元件成为自感线圈的临时外电路 元件中的电流大小与线圈中电流大小有相同的变化规律 2020 2 9 5 分析阻碍的结果 具体见下表 2020 2 9 2020 2 9 特别提醒 电流减小时 自感线圈中电流大小一定小于原先所通电流大小 自感电动势可能大于原电源电动势 2020 2 9 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 单选 如图1 6 8所示电路中 图1 6 8 2020 2 9 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 则在开关合上和断开时 a 两灯同时亮 同时熄灭b 合上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 2020 2 9 解析 选b 本题考查自感电动势的作用 合上s时 b灯立即正常发光 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l作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 并不会比原来更亮 d错误 2020 2 9 课堂互动讲练 双选 如图1 6 9所示 电路甲 乙中电阻r和自感线圈l的电阻都很小 接通开关s 使电路达到稳定 灯泡a发光 则 图1 6 9 2020 2 9 a 在电路甲中 断开s a将渐渐变暗b 在电路甲中 断开s a将先变得更亮 然后渐渐变暗c 在电路乙中 断开s a将渐渐变暗d 在电路乙中 断开s a将先变得更亮 然后渐渐变暗 精讲精析 甲图中 灯泡a与线圈l在同一支路 通过的电流相同ia il 断开开关s时 a l r组成回路 r上电流立即消失 由于自感作用 回路中电流由il逐渐减小 灯泡a不会闪亮 将逐渐变暗 故a正确 乙图中 电路稳定时 通过上 2020 2 9 支路的电流il ia 因l的电阻很小 断开开关s时 由于l的自感作用 回路中的自感电流在il的基础上减小 电流反向通过灯泡a的瞬间 灯泡a中电流变大 然后逐渐变小 所以灯泡a闪亮一下 然后逐渐变暗 故d正确 答案 ad 2020 2 9 误区警示 本题考查的是对断电自感的理解 在开关断开时 电感线圈的自感电动势要阻碍原电流的减小 此时电感线圈在电路中相当于一个电源 表现为两个方面 一是自感电动势所对应的电流方向与原电流方向一致 二是在断电瞬间 自感电动势所对应的电流大小与原电流的大小相等 以后电流开始缓慢减小到零 断开开关后 灯泡是否瞬间变得更亮 取决于当初两支路中电流大小关系 2020 2 9 单选 关于线圈的自感系数 下列说法中正确的是 a 线圈中电流变化量越大 线圈的自感系数越大b 线圈中电流变化得越快 线圈的自感系数越大c 若线圈中通入恒定电流 线圈自感系数为零d 不管电流如何变化 线圈的自感系数不变 2020 2 9 思路点拨 自感系数是表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量 只与线圈本身有关 与其它因素无关 精讲精析 线圈的自感系数是由线圈本身的特性决定的 与线圈是否通电及电流的变化情况无关 正确答案为d 答案 d 方法总结 线圈的自感系数是由线圈的结构决定的 要获得自感系数较大的线圈 应改变线圈的结构 比如增加线圈的横截面积 增加线圈的匝数 在线圈中放入铁芯等 2020 2 9 单选 如图1 6 10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 图1 6 10 2020 2 9 思路点拨 判断本题时要把握启动器在日光灯启动时所起的作用 镇流器分别在日光灯启动和工作时所起的作用 自主解答 根据日光灯的工作原理 要想使日光灯发光 灯丝需要预热发出电子 灯管两端应有瞬时高压 这两个条件缺一不可 当动 静触片分离后 选项b中灯管和电源断开 选项b错误 选项c中镇流器与灯管断开 无法将瞬时高压加在灯管两端 选项c错误 选项d中灯丝左 右端分别被短接 无法预热放出电子 不能使灯管气体导电 选项d错误 答案 a 2020 2 9 变式训练 双选 在日光灯电路中接有启动器 镇流器和日光灯管 下列说法中正确的是 a 日光灯点燃后 镇流器 启动器都不起作用b 镇流器在