鲁科版选修32自感、自感现象的应用 课件 （64）张.ppt

第2节自感第3节自感现象的应用 目标导航1 了解自感现象及其产生的原因 会分析自感现象 难点 2 了解自感电动势 重点 3 了解自感系数 并知道它的单位 4 知道日光灯及其原理 知道启动器和镇流器的构造和原理 一 自感现象由于 发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象 想一想1 在自感现象中 穿过回路的磁通量变化吗 导体自身电流 提示 变化 因为导体中的电流产生的磁场穿过闭合回路 当该电流变化时 穿过回路的磁通量就会发生相应的变化 二 自感电动势与自感系数 想一想2 自感电动势的作用是对电流有阻碍作用吗 提示 不是 导体中电流不发生变化时 没有自感电动势 只有导体中电流变化时才产生自感电动势 从而起到阻碍导体中电流变化的作用 三 自感现象的应用1 日光灯构造 主要由 组成 2 镇流器的作用 在启动时产生 在正常工作时起 作用 3 感应圈 直接绕在铁芯上 由几匝 绕制而成 次级线圈则由多匝 绕成 日光灯管 镇流器 启动器 瞬时高压 降压限流 初级线圈 粗导线 细导线 4 感应圈的应用 可作实验室中小功率 能产生105v的高压 汽车发动机点火 煤气灶电子点火装置都是利用感应线圈产生的 来完成工作的 另外 电焊机也利用了自感现象 高压电源 高压电火花 想一想3 若将日光灯接在220v的电源上 日光灯正常工作时灯管两端电压一定是220v吗 提示 不是 正常工作时镇流器降压限流 日光灯管两端电压小于220v 要点一对自感电动势的理解学案导引1 自感电动势总是阻碍原电流的增大吗 2 自感电动势总是与原电流方向相反吗 1 自感电动势产生的原因 导体自身的电流发生变化而引起穿过自身的磁通量的变化 从而产生感应电动势 自感现象的规律符合电磁感应现象的一般规律 如法拉第电磁感应定律和楞次定律 它是一种特殊的电磁感应现象 2 自感电动势的作用 自感现象中 产生自感电动势的目的是阻碍原电流的变化 原电流增大则产生的自感电动势延缓原电流的增大 但电流依然增大 原电流减小则产生的自感电动势延缓原电流的减小 但电流依然减小 3 自感电动势的方向 自感电动势总是要阻碍导体自身电流的变化 当电流增大时 自感电动势与原电流方向相反 当电流减小时 自感电动势与原电流方向相同 也遵循 增反减同 的规律 特别提醒 自感电动势阻碍的是原电流的变化 从能量转化的角度 当原电流增大时 电路把一部分电能转化为磁场能 从而延缓原电流的增大 当原电流减小时 电路又把磁场能转化为电能 以此延缓原电流的减小 下列说法正确的是 a 即使线圈中电流不变 线圈也会有自感电动势b 当线圈中电流反向时 线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相反c 当线圈中电流增大时 线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反d 当线圈中电流减小时 线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反 审题指导 审题时注意自感现象中非常关键的一点 自感电动势总是阻碍导体自身电流发生变化 精讲精析 由法拉第电磁感应定律可知 当线圈中电流不变时 不产生自感电动势 a错 当线圈中电流反向时 相当于电流减小 线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相同 b错 当线圈中电流增大时 自感电动势阻碍电流增大 线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反 c对 当线圈中电流减小时 自感电动势阻碍电流的减小 线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相同 d错 答案 c a 使电路的电流减小 最后由i0减小到零b 有阻碍电流增大的作用 最后电流小于i0c 有阻碍电流增大的作用 因而电流总保持不变d 有阻碍电流增大的作用 但电流最后还是变为2i0 要点二通电自感与断电自感的分析学案导引1 开关闭合瞬间 与线圈并联或串联的灯都是逐渐变亮吗 2 开关打开瞬间 与线圈并联的灯一定会闪亮一下再逐渐熄灭吗 1 通电自感 2 断电自感 特别提醒 在通电自感现象中 线圈l相当于阻值逐渐减小的 电阻 在断电自感现象中 线圈l相当于电动势逐渐减小的 电源 在断电自感中要判断某一个小灯泡是否会闪亮一下再熄灭 一是看是否能组成临时回路 二是看此时通过小灯泡的电流比断开前大 还是小 2011 高考北京卷 某同学为了验证断电自感现象 自己找来带铁心的线圈l 小灯泡a 开关s和电池组e 用导线将它们连接成如图所示的电路 检查电路后 闭合开关s 小灯泡发光 再断开开关s 小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象 虽经多次重复 仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象 他冥思苦想找不出原因 你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是 a 电源的内阻较大b 小灯泡电阻偏大c 线圈电阻偏大d 线圈的自感系数较大 思路点拨 解答本题时可按以下思路分析 1 首先将实物连线图转化为电路图 2 理解断电自感现象的实质 3 明确小灯泡出现闪亮的原因 精讲精析 根据实物连线图画出正确的电路图如图所示 当闭合开关s 电路稳定之后 小灯泡中有稳定的电流ia 电感线圈中有稳定的电流il 当开关s突然断开时 电流ia立即消失 但是 由于自感电动势的作用 流过线圈的电流il不能突变 而是要继续流动 于是 电感线圈和小灯泡构成了 回路 如果il ia 则能观察到小灯泡闪亮一下再熄灭 线圈的自感系数越大 小灯泡延时闪亮的时间就越长 如果不满足il ia的条件 小灯泡只是延时熄灭 不会观察到闪亮一下再熄灭 可见灯泡未闪亮的根本原因是不满足il ia的条件 这是线圈电阻偏大造成的il偏小 所以本题正确选项是c 答案 c 变式训练2 2012 抚州高二期末 如图所示 e为电池 l是电阻可忽略不计 自感系数足够大的线圈 d1 d2是两个规格相同的灯泡 s是控制电路的开关 对于这个电路 下列说法不正确的是 a 刚闭合s的瞬间 通过d1 d2的电流大小相等b 刚闭合s的瞬间 通过d1 d2的电流大小不等c 闭合s待电路达到稳定后 d1熄灭 d2比s刚闭合时亮d 闭合s待电路达到稳定后 再将s断开瞬间 d1不立即熄灭 d2立即熄灭 解析 选b 刚闭合s瞬间 由于l产生反方向的自感电动势 阻碍l中电流的增大 所以l中电流为零 d1 d2中电流相等 a正确 b错误 闭合s电路稳定后 l把d1短路 d1熄灭 电路电阻减小 流过d2的电流增大 所以d2比s刚闭合时亮 c正确 将s断开瞬间 d2电流消失 立即熄灭 l产生同向的自感电动势并与d1构成回路 所以d1闪亮一下再逐渐熄灭 d正确 要点三日光灯的工作原理学案导引1 既然日光灯正常发光时启动器是断开的 所以启动器只是一个装饰品 不起任何作用 对吗 2 镇流器在日光灯点燃和正常发光时所起的作用相同吗 1 启动器的作用 1 构造 如图所示 它是一个充有氖气的小玻璃泡 里面装上两个电极 一个固定不动的静触片和一个用双金属片制成的u形动触片 2 作用 当开关闭合时 电源把电压加在启动器两极之间 使氖气放电发出辉光 辉光产生的热量使双金属片受热膨胀 内层膨胀幅度大一些 使u形动触片膨胀伸长跟静触片接触而把电路导通 于是镇流器中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放电 u形动触片冷却收缩 两个触片分离 电路自动断开 在电 路突然中断瞬间 镇流器线圈因自感产生一个瞬时高压 这个高压和电源电压加在灯管两端使灯管中的汞蒸气开始放电导通 使日光灯发光 利用氖管的辉光放电 起着自动把电路接通和断开为镇流器产生瞬时自感高压的作用 2 镇流器的作用镇流器是一个带铁芯的线圈 其自感系数很大 镇流器在日光灯启动阶段和正常发光阶段 起着不尽相同的作用 具体表现为 1 在灯管启动时 镇流器能够产生一个高出电源电压很多的瞬时电压 使日光灯内的气体导电 而被点燃 在日光灯启动后 因为日光灯的电阻变得很小 只允许通过不大的 电流 否则就会将灯管烧坏 这时加在灯管两端的电压低于电源电压 此要求也是通过镇流器来实现的 2 日光灯的工作过程分为预热阶段 点燃阶段和正常发光阶段 在不同阶段 镇流器的作用不同 在点燃时 镇流器的作用是提供瞬时电压 在正常发光时 镇流器起降压限流作用 3 日光灯的启动 发光过程 1 日光灯的电路图日光灯主要由灯管 镇流器 启动器组成 如图所示 2 启动 发光过程当开关闭合后 电源把电压加在启动器的两极之间 使氖气导电而发出辉光 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导电 u形动触片冷却收缩 两个触片分离 电路自动断开 在电路突然断开的瞬间 由于镇流器中的电流急剧减小 会产生很高的自感电动势 方向与原来电压的方向相同 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 使灯管中的气体开始导电 于是日光灯管成为电流的通路开始发光 特别提醒 1 镇流器的工作原理是利用自感现象 流过镇流器的电流要变化才行 所以日光灯要使用交变电流 2 镇流器的降压限流与电阻不同 它是利用电流变化时产生自感电动势来阻碍电流的变化 进而起到降压限流的作用 如图所示是日光灯的结构示意图 若按图示的电路连接 关于日光灯的发光情况 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 s1 s2闭合 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 思路点拨 解答本题时要把握以下两点 1 日光灯点燃时镇流器提供瞬时高压 2 日光灯点亮后 镇流器起降压限流的作用 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 达不到灯管启动时的高压值 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 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 灯管也不能正常工作 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 日光灯才正常发光 选项c正确 答案 c 规律总结 求解此类问题时 关键是要明确日光灯点亮和正常工作时镇流器的作用 解析 选a 镇流器在电路中的作用主要有二 一是在日光灯启动时提供瞬时高压 二是在日光灯正常工作时起降压限流作用 启动器中有一双金属片触点开关 它在受热时触点接触 正常情况下触点分开 综上所述 可知选项b c d正确 自感现象与电路知识的结合 经典案例 10分 图 甲 为某同学研究自感现象的实验电路图 电路中电灯的电阻r1 6 0 定值电阻r 2 0 ab间电压u 6 0v 开关s原来闭合 电路处于稳定状态 在t1 1 0 10 3s时刻断开开关s 此时刻前后通过线圈l的电流随时间变化的图线如图 乙 所示 1 求出线圈l的直流电阻rl 2 在图 甲 中用箭头标出断开开关后通过电灯的电流方向 3 在t2 1 6 10 3s时刻线圈l中的感应电动势的大小是多少 思路点拨 求解本题应把握以下两点 1 电流稳定时 线圈l相当于一个电阻 2 断开开关瞬间到灯熄灭 线圈l相当于电源 2 r1中电流方向向左 2分 3 由图 乙 可知 在t2 1 6 10 3s时刻电感线圈l的电流i 0 2a 线圈此时相当于一个电源 由闭合电路的欧姆定律得 e i rl r r1 2分 代入数据解得 e 2 0v 2分 答案 1 2 0 2 见解题样板 3 2 0v 规律总结 1 开关断开瞬间 线圈l与电阻r及灯r1构成闭合回路 线圈l是电源 2 断开开关瞬间 线圈l中的电流方向没变化 仍然自左向右 3 求自感电动势可根据闭合电路欧姆定律求解 自感现象约瑟夫 亨利是美国物理学家 他出生在纽约的奥尔巴尼 虽然他的志趣在于从事剧本的创作 但由于环境所迫他不得不到钟表修理店当学徒 也许这就是他改变了原来志向的一个原因 后来 一个偶然的机会他读到了一本 实验哲学讲义 使他对自然科学发生了兴趣 于是 他进了奥巴尔学院学习 1826年成了这个学院的数学教授 1832年他受聘于普林斯顿学院做自然哲学教授 在1846年担任新成立的华盛顿斯密森学院的院长 他是继富兰克林之后 美国第一个从事电磁学研究并获得重要成就的人 他的科学研究与富兰克林一样是在繁忙的社会工作中进行的 他的科学研究是从改进别人已经发明的电磁铁开始的 电学杂志 月刊的创刊人斯特金制造了一个电磁铁能提起9磅重的物体 这个重量是它本身重量的20倍 他把软铁弯成马蹄形 在铁上涂以清漆 在它的上面绕了18圈的铜线 电源是内阻较小的铜锌电池 当亨利得知电磁铁的发现之后 很感兴趣 并且作了重大的改进 他用包上丝绸的铜线代替涂漆的铜线 这样他可以在铁芯上绕400圈铜线 于是 这块电磁铁就可以提起几百磅的重物 1829年3月他展出了这块新产品并做了表演 就在他反复实验如何提高电磁铁的吸引力的过程中 在他不断增加导线圈数 不断变化各种条件的