高中物理 第1章 电磁感应与现代社会 学案8 自感现象与日光灯同步备课课件 沪科版选修32.ppt

第1章电磁感应与现代生活 8自感现象与日光灯 目标定位1 能分析通电自感和断电自感现象 2 能写出自感电动势的表达式 知道自感系数的决定因素 3 了解自感现象中的能量转化 4 了解日光灯的组成以及起辉器和镇流器的工作原理 内容索引 知识探究 达标检测 知识探究 1 一 日光灯电路 按图1所示电路连接日光灯电路 闭合开关 观察日光灯的发光过程 简单叙述其工作原理 答案 图1 1 闭合开关 电源把电压加在起辉器的两极 起辉器内氖气放电产生热量从而使起辉器内双金属片接触 电路导通 2 电路接通后 起辉器中氖气停止放电 温度降低 双金属片分离 瞬间切断的电流使镇流器产生瞬时高压 使灯管内气体导电而发光 3 日光灯正常发光时 镇流器起降压限流作用 保证日光灯正常工作 1 日光灯电路包括日光灯管 开关 导线等 2 起辉器的作用为 3 镇流器是一个带铁心的多匝线圈 在启动时提供 点燃灯管之后起到的作用 镇流器 瞬时高压 降压限流 起辉器 自动开关 灯泡a2立即正常发光 灯泡a1逐渐亮起来 二 自感现象 1 通电自感 如图2所示 开关s闭合的时候两个灯泡的发光情况有什么不同 图2 答案 2 断电自感 如图3所示 先闭合开关使灯泡发光 然后断开开关 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 答案 图3 1 开关断开前后 流过灯泡的电流方向有何关系 2 在断开过程中 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 在电源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 答案 图3 自感现象是指当通过线圈的电流发生变化时 在线圈中引起的电磁感应现象 1 当线圈中的电流增大时 自感电动势的方向与原电流方向 2 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 相反 阻止 阻碍 阻碍 2 以图3电路为例 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ia则灯会闪亮一下再熄灭 若断电前自感线圈中的电流il灯泡中的电流ia则灯泡不会闪亮 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 小于或等于 大于 例1a和l分别是日光灯的灯管和镇流器 如果按图4所示的电路连接 下列关于日光灯发光情况的叙述中 正确的是a 只把s1接通 s2 s3不接通 日光灯就能正常发光b 把s1和s2接通后 s3不接通 日光灯就能正常发光c s3不接通 接通s1和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4 答案 解析 a选项 只接通s1 灯管两端不能产生瞬时高压 日光灯不能点燃 a错误 b选项 s1和s2接通 s2不断开 日光灯被短路 电压为零 镇流器也不能产生断电自感电动势 日光灯不能点燃 b错误 c选项 s1和s2接通 再断开s2 镇流器产生自感电动势 与外加电压一起形成瞬时高压 使日光灯点燃而正常发光 c正确 d选项 日光灯正常发光后 再接通s3 镇流器被短路 不再起限流和降压作用 加在灯管两端的电压将达到220v 灯管将会烧坏 d错误 例2如图5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5 答案 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 a b错误 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 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 针对训练 多选 如图6所示 l为一纯电感线圈 即电阻为零 la是一灯泡 下列说法正确的是a 开关s接通瞬间 无电流通过灯泡b 开关s接通后 电路稳定时 无电流通过灯泡c 开关s断开瞬间 无电流通过灯泡d 开关s接通瞬间 灯泡中有从a到b的电流 而在开关s断开瞬间 灯泡中有从b到a的电流 答案 解析 图6 开关s接通瞬间 灯泡中的电流从a到b a错误 线圈由于自感作用 通过它的电流逐渐增加 开关s接通后 电路稳定时 纯电感线圈对电流无阻碍作用 将灯泡短路 灯泡中无电流通过 b正确 开关s断开的瞬间 由于线圈的自感作用 线圈中原有向右的电流将逐渐减小 线圈与灯泡形成回路 故灯泡中有从b到a的瞬间电流 c错误 d正确 例3如图7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变化关系的图像是 答案 解析 图7 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 且同灯泡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 三 自感电动势的大小1 自感电动势的大小跟线圈内和线圈本身的有关 2 自感电动势e的表达式 e 其中l是自感系数 简称自感或电感 单位 符号 1mh h 1 h h 3 决定因素 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 铁心 亨利 10 3 自感特性 h 磁通量变化率 匝数 10 6 达标检测 2 1 对自感现象的理解 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 1 2 3 4 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的因素 与电流变化情况无关 故选项c错误 答案 解析 2 自感现象的分析 多选 如图8所示电路中 是两只相同的电流表 电感线圈l的直流电阻与电阻r阻值相等 下面判断正确的是a 开关s接通的瞬间 电流表的读数大于的读数b 开关s接通的瞬间 电流表的读数小于的读数c 开关s接通 电路稳定后再断开的瞬间 电流表的读数大于的读数d 开关s接通 电路稳定后再断开的瞬间 电流表的读数等于的读数 图8 答案 1 2 3 4 3 日光灯电路的分析 多选 关于日光灯电路 下列说法正确的是a 起辉器在电路中起自动开关作用b 正常使用时镇流器不起作用c 如果把日光灯灯管两端的电极分别短路 日光灯仍能正常发光d 如果日光灯在正常发光时 把起辉器取走 日光灯仍能正常发光 答案 解析 1 2 3 4 起辉器起到自动开关作用 配合镇流器产生瞬时高电压启动灯管 日光灯正常发光时 起辉器可以取走 而镇流器在日光灯正常工作时起降压限流作用 不能取出 灯管两极短路后 日光灯将不能正常发光 故a d项正确 4 自感现象的图像问题 在如图9所示的电路中 s是闭合的 此时流过线圈l的电流为i1 流过灯泡a的电流为i2 且i1 i2 在