2019-2020学年高中物理 第2章 楞次定律和自感现象 第3节 自感现象的应用学案 鲁科版选修3-2

1 第第 3 3 节节 自感现象的应用自感现象的应用 1 知道日光灯的组成和电路图 2 知道日光灯的主要元件及工作原理 3 知道感应圈是利用自感现象由低压直流电源获得高电压的 4 了解自感现象在生产 生 活中的其他应用 学生用书 p25 一 日光灯与镇流器 1 日光灯的构造及电路图 完整的日光灯电路包括日光灯管 镇流器 启动器 开关 等主要部分 其电路如图所示 2 镇流器 1 构造 镇流器主要是由自感系数很大的线圈构成 2 作用 启动时 镇流器在灯管两端形成瞬时高压 击穿气体 使灯管发光 正常发 光后 镇流器起降压限流作用 以免烧坏灯管 3 启动器 1 构造 启动器主要是由电容器 静触片和一个双金属片制成的动触片构成 2 作用 在开关闭合后 使电路短暂接通 再将电路断开 1 镇流器在日光灯启动时产生瞬时高压 正常发光后起降压限流作用 2 日光灯正常发光后 镇流器 启动器都不能起作用 3 日光灯正常工作后 启动器起降压限流的作用 提示 1 2 3 二 感应圈和自感现象的其他应用 1 感应圈 1 工作原理 利用自感现象用低压直流电源来获得高电压 2 结构 主要由直接绕在铁芯上的初级线圈和两端接在放电器上的次级线圈构成 如 2 图所示 3 用途 在物理 化学实验室里可以做小功率高压电源 在汽车 煤气灶点火装置中 产生高压电火花完成点火工作 2 自感的其他应用及危害 1 其他应用 在广播电台和电视台的无线电设备中 用自感线圈和电容器组成振荡电 路来发射电磁波 在收音机和电视机中 同样也用振荡电路来接收电磁波 另外电焊机也 利用了自感现象 使焊条与工件之间的空隙产生电弧火花 使工件局部熔化 2 危害 在电路中 开关断开时产生电弧火花 烧坏开关或造成安全隐患 在加油站附近为什么要禁止用手机接打电话 提示 加油站附近空气中汽油的浓度较高 在用手机接打电话时 手机电路中有可能 由于自感产生电火花 引起危险 日光灯的工作原理 学生用书 p26 1 日光灯电路的组成 日光灯的电路如图甲所示 由日光灯管 镇流器 启动器 图 乙 开关等组成 2 日光灯的启动 1 当开关闭合时 电源把电压加在启动器的两电极之间 使氖气放电而发出辉光 辉 光产生的热量使 u 形动触片膨胀伸长与静触片接触 从而接通电路 于是镇流器的线圈和 灯管的灯丝中就有电流通过 3 2 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 流过镇流器的电流迅速减小 镇流器线圈中会产生很高的自感电动势 方向 与原来电压方向相同 与电源电压一起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 3 镇流器的作用 镇流器在灯管启动时的作用是产生瞬时高压 正常工作时的作用是 降压限流 命题视角 1 日光灯中镇流器的作用 多选 关于镇流器的作用 下列说法中正确的是 a 在日光灯打开时 产生瞬时高压 b 在启动器两触片接通时 产生瞬时高压 c 在日光灯正常发光后 起限流和降压作用 d 在日光灯正常发光后 使日光灯两端电压稳定在 220 v 解析 镇流器产生的瞬时高压是断电自感电动势 是在启动器两触片由接触到断开 的瞬间产生的 故选项 b 错误 日光灯正常发光时灯管两端电压只有几十伏 没有 220 v 故选项 d 错误 答案 ac 命题视角 2 日光灯的工作原理 如图所示为日光灯的工作电路 a和l分别为日光灯管和镇流器 关于日光灯 发光情况的下列叙述中 正确的是 a 只把 s1接通 日光灯就能正常工作 b 把 s1 s2接通 s3不接通 日光灯就能正常工作 c s3不接通 s1 s2接通后 再断开 s2 日光灯就能正常工作 d 当日光灯正常工作后 再接通 s3 日光灯仍能正常发光 解题探究 1 启动器在日光灯启动时起什么作用 2 镇流器在日光灯启动时和正常工作时的作用有何不同 解析 日光灯在开始点亮时需要一个高出电源电压很多的瞬时电压 点亮后正常发 4 光时 灯管电阻很小 只允许通过不大的电流 电流过大就会烧坏灯管 这时又要使加在 灯管上的电压大大低于电源的电压 这两个方面都需要利用l来达到 所以 s3应断开 s2 的作用相当于启动器 s1 s2闭合后 电路接通 l和灯管的灯丝中有电流通过 断开 s2 l中的电流发生变化 其两端产生瞬时高压 此电压和电源电压共同加在灯管两端 使灯管中汞蒸气放电发光 所以 本题的正确选项应为 c 答案 c 分析日光灯工作原理的关键是掌握启动器和镇流器的作用 启动器在日光灯启动时起 开关的作用 镇流器在点亮灯管时提供高压 在灯管正常发光后起降压限流的作用 命题视角 3 日光灯启动问题 如图所示 在日光灯工作原理中 1 开关合上前 启动器的静触片和动触片是 填 接通的 或 断开的 2 开关刚合上时 220 v 交流电压加在 之间 使氖泡发出辉光 3 日光灯启动瞬间 灯管两端的电压 填 高于 等于 或 小于 220 v 4 日光灯正常发光时 启动器的静触片和动触片 填 接通 或 断开 镇流器起着 的作用 保证日光灯正常工作 5 启动器中的电容器能 没有电容器 启动器也能工作 解析 按原理图接好日光灯电路后 当开关闭合后 电源把电压加在启动器的两金 属触片之间 使氖泡内的氖气放电发出辉光 辉光放电产生的热量使 u 形动触片膨胀 跟 静触片接触把电路接通 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放电 u 形片冷却后收缩恢复原状 两金属片分离 电路断开 由于 镇流器的自感作用 会产生很高的自感电动势 其方向与原电压方向相同 很高的自感电 动势加上原电源电压加在灯管两端 使管内汞气体导电 产生紫外线 激发荧光粉发光 灯管被点亮 日光灯使用的是正弦式交变电流 电流的大小和方向都随时间做周期性变化 5 在日光灯正常发光后 由于交变电流通过镇流器的线圈 线圈中会产生自感电动势 它的 作用总是阻碍电流的变化 这时的镇流器就起到了降压限流的作用 保证灯管在较低电压 下的正常工作 启动器中的电容器能使动静片脱离时避免产生电火花而烧毁启动器 没有 电容器 同样能工作 当日光灯正常点亮后 启动器不再起作用 就是摘去了也不影响日 光灯的发光 答案 1 断开的 2 启动器的两电极 3 高于 4 断开 降压限流 5 避免产生电火花 1 如图甲所示是日光灯的电路图 它主要由灯管 镇流器和启动器 组成 镇流器是一个带铁芯的线圈 启动器的构造如图乙所示 为了便于启动 常在启动 器的两极并上一纸质电容器c 某班教室的一盏日光灯总是灯管两端亮而中间不亮 经检 查 灯管是好的 电压正常 镇流器无故障 其原因可能是 a 启动器两脚a b与启动器座接触不良 b 电容器c被烧断 c 电容器c被击穿而短路 d 镇流器自感系数l太大 解析 选 c 日光灯的点亮需要一个瞬时高压加在灯管两端 这要靠启动器来完成 日 光灯的灯管中间不亮 说明未提供瞬时高压 即启动器出现了故障 又因灯管两端亮 说 明电路是通的 选项 c 正确 感应圈工作原理的认识 学生用书 p27 1 感应圈的主要结构 感应圈的结构如图所示 它有两个绕在铁芯上的绝缘线圈 初 级线圈直接绕在铁芯上 次级线圈分左 右两组套在初级线圈上 6 2 工作原理 闭合开关接通低压直流电源后 电流通过初级线圈 铁芯被磁化 吸引 断续器簧片 使初级线圈所在的回路断开 由于瞬时无电流通过 铁芯失去磁性 断续器 簧片又返回原位置 使初级线圈所在的回路再度接通 在这样的反复过程中 初级线圈中 的电流不断变化 由此产生的自感电动势会逐渐增至数百伏 而次级线圈的匝数约为初级 线圈的 100 倍 在次级线圈的两端就会感应出数万伏的高压 多选 关于感应圈的工作原理 下列说法中正确的是 a 感应圈接通低压交流电源后 在次级线圈产生数万伏高压 b 感应圈接通低压直流电源后 在次级线圈产生数万伏高压 c 由于次级线圈的电流不断变化 因此在初级线圈产生电压 d 由于初级线圈的电流不断变化 因此在次级线圈产生高压 解析 感应圈接通低压直流电源后 由于磁力的不断变化 而导致初级线圈所在回 路不断接通与断开 从而使初级线圈电流不断变化 由于自感作用 初级线圈内自感电动 势达数百伏 导致次级线圈两端产生数万伏的高压 故选项 a c 错误 选项 b d 正确 答案 bd 2 多选 关于感应圈 下列说法正确的是 a 感应圈是利用自感现象来获得高电压的装置 b 在工程中 感应圈可作为大功率高压电源使用 c 煤气灶电子点火装置 是利用感应圈产生的高压电火花来完成的 d 感应圈的主要构造包括绕在铁芯上的两个绝缘线圈及继电器等 解析 选 acd 感应圈是利用自感现象 通过低压直流电源来获得高电压的装置 a 正 确 受直流电源提供电功率的限制 感应圈不能作为大功率高压电源使用 b 不正确 煤 气灶电子点火装置是利用感应圈产生的高压电火花来完成的 c 正确 感应圈的主要构造 包括两个绝缘线圈和继电器等 d 正确 7 随堂检测 学生用书 p28 1 日光灯镇流器的作用有 a 启动器两触片接通时 产生瞬时高压 b 工作时 降压 限流保证日光灯正常发光 c 工作时 使日光灯管的电压稳定在 220 v d 工作时 不准电流通过日光灯管 解析 选 b 镇流器线圈在启动器两触片分离时产生瞬时高压 使灯管开始发光 日光 灯发光后 起降压限流作用 保证了灯管的正常发光 所以 a c d 错误 b 正确 2 多选 启动器由电容器和氖管两大部分组成 其中氖管中充有氖气 内部有静触片 和 u 形动触片 通常动 静触片不接触 有一个小缝隙 下列说法中正确的是 a 当电源的电压加在启动器两极时 氖气放电并产生热量 导致双金属片受热膨胀 b 当电源的电压加在启动器两极后 启动器的两个触片才接触 使灯管有电流通过 c 电源的电压加在启动器两极前 启动器的两个触片就接触着 电路就已经有电流通 过 d 当电路通电后 两个触片冷却 重新分离 解析 选 ad 根据日光灯的启动原理 当电源电压加在启动器两极前 启动器的两触 片是分离的 整个电路断路 电路中无电流通过 所以选项 c 错误 当电源电压加在启动 器两极上时 氖气放电生热 触片受热膨胀而接触 启动器电路闭合 电流导通 氖气停 止放电生热 两触片因冷却而又分离 在启动器电流导通时 灯管仍处于断路状态 并无 电流流过 所以选项 b 错误 选项 a d 正确 3 如图所示 d 为启动器 l为镇流器 其中日光灯的接线图正确的是 解析 选 a 根据日光灯的工作原理 要想使日光灯发光 灯丝必须预热发出电子 灯 管的两端应有瞬时高压 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 中启动器动静触片分离后 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 8 不能使灯管中的气体导电 选项 d 错误 4 下列关于电焊机的说法正确的是 a 电焊时 焊条与工件始终接触 b 电焊时 是靠流过焊条与工件接触电阻的电流的热效应完成的 c 电焊时 点火电压很高 约为几万伏 d 电焊时 电弧火花产生的高温把金属工件局部熔化 冷却后焊接处就熔为一体 解析 选 d 电焊时 先把焊条与被焊的工件短暂接触 然后迅速将焊条提起 与工件 保持 4 mm 5 mm 的距离 故选项 a 错误 电焊时 是靠电弧火花产生的高温把金属工件局 部熔化进行焊接 故选项 b 错误 d 正确 电焊时 点火电压约为 70 v 并不高 故 c 错 误 5 在制作精密电阻时 为了消除使用过程中由于电流的变化而引起的自感现象 采用 如图所示的双线绕法 其理由是 a 电路中电流变化时 两股导线中产生的自感电动势互相抵消 b 电路中电流变化时 两股导线中产生的感应电流互相抵消 c 电路中电流变化时 两股导线中电流产生的磁场相互抵消 合磁场穿过线圈的磁通 量为零 d 以上说法均不正确 解析 选 c 由于两股导线中电流的方向相反 则两电流产生的磁场相互抵消 合磁场 穿过线圈的磁通量为零 在线圈中不发生自感现象 故选项 c 正确 课时作业 学生用书 p84 单独成册 一 单项选择题 1 下列说法正确的是 a 感应圈的工作原理是电磁感应现象 b 日光灯和白炽灯一样 都可接在直流电路中正常工作 c 感应圈中的两个线圈的匝数一样多 d 一个标有 220 v 40 w 的日光灯管 用欧姆表测灯管两端 读数约为 1 210 解析 选 a 感应圈就是利用了电路中的电流不断地变化产生感应电动势的 当电流变 9 化较快时 产生高压 故选项 a 正确 日光灯必须接在交流电路中 故选项 b 错误 在感 应圈中次级线圈的匝数要多于初级线圈 在次级线圈中得到较高的电压 故选项 c 错误 日光灯在不接通时 处于断路 故电阻为无穷大 选项 d 错误 2 关于日光灯电路的连接 下列说法错误的是 a 启动器与灯管并联 b 镇流器与灯管串联 c 启动器与镇流器并联 d 启动器相当于开关 解析 选 c 根据日光灯工作原理知 启动器与灯管并联 镇流器与灯管串联 启动器 起开关作用 a b d 对 c 错 3 有关日光灯的镇流器 启动器的说法中不正确的是 a 镇流器起整流作用 即把交流变成直流 b 日光灯管点燃发光后 启动器中的两个触片是分开的 c 灯管发光后 镇流器起降压限流作用 d 镇流器在日光灯开始点亮时提供瞬时高压 解析 选 a 镇流器在电路中有两个作用 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 日光灯管点亮发光后启动器中的两个触片是分开 的 综上所述 可知选项 b c d 正确 4 关于日光灯启动器的下列说法 正确的是 a 日光灯正常发光时 启动器的静触片和动触片是接触的 b 工作时 启动器起降压 限流作用 保证日光灯正常工作 c 日光灯正常发光时 启动器两端的电压小于 220 v d 日光灯正常发光时 电流流过启动器 解析 选 c 日光灯正常发光时 启动器的静触片和动触片是断开的 此时启动器是不 导电的 选项 a d 错误 工作时 镇流器起降压 限流作用 保证日光灯正常工作 选项 b 错误 日光灯正常发光时 由于镇流器的作用 加在灯管两端的电压小于 220 v 故选项 c 正确 5 关于日光灯的发光实质 下列说法中正确的有 a 是由于灯管两端的灯丝在炽热状态下发光 后经灯管壁多次反射和透射传到周围空 间 10 b 是在镇流器的高电压作用下 灯管内气体被电离成为导体 形成大电流 使气体处 于炽热状态而发光 c 日光灯发出的其实就是紫外线 d 日光灯发出的光 实质上是紫外线激发荧光物质发光 解析 选 d 日光灯发光的本质 是灯丝发射的电子与汞原子碰撞而放出紫外线 紫外 线照射灯管内壁的荧光物质而发光 故选项 d 正确 6 在生产实际中 有些高压直流电路含有自感系数很大的线圈 当电路中的开关 s 由 闭合到断开时 线圈会产生很高的自感电动势 使开关 s 处产生电弧 危及操作人员的人 身安全 为了避免电弧的产生 可在线圈处并联一个元件 下列方案可行的是 解析 选 d 闭合 s 时 二极管处于反向截止状态 不影响电路正常工作 断开 s 时 由于自感现象 线圈跟二极管 d 组成闭合回路 此时二极管处于正向导通 可以避免电弧 的产生 故 d 选项正确 二 多项选择题 7 下列利用了感应圈的是 a 煤气灶电子点火装置 b 汽车发动机点火装置 c 物理 化学实验中的小功率高压电源 d 自动设备中的延时继电器 解析 选 abc 煤气灶电子点火装置 汽车发动机点火装置都是利用感应圈产生的高压 电火花来完成点火工作的 物理 化学实验中的小功率高压电源是利用感应圈通过低压直 流电源获得高电压 c 正确 延时继电器是利用线圈的电磁感应来正常工作的 没有用到 感应圈 d 错误 8 下列是日光灯的优点的是 a 比白炽灯省电 发光效率是白炽灯的 5 6 倍 b 日光灯的发光颜色比白炽灯更接近日光 光色好 且发光柔和 c 白炽灯寿命短 普通白炽灯的寿命在 1 000 3 000 小时之间 日光灯寿命较长 11 一般有效寿命是 3 000 6 000 小时 d 与日光灯相比 白炽灯电能利用率更高 解析 选 abc 日光灯与白炽灯相比较 发光效率更高 更省电 故 a 对 d 错 日光 灯颜色柔和 接近日光 故 b 正确 日光灯寿命比白炽灯长 故 c 对 9 如图所示是一种延时开关 当 s1闭合时 电磁铁f将衔铁d吸下 c线路接通 当 s1断开时 由于电磁感应作用 d将延迟一段时间才被释放 下列说法正确的是 a 由于a线圈的电磁感应作用 才产生延时释放d的作用 b 由于b线圈的电磁感应作用 才产生延时释放d的作用 c 如果断开b线圈的开关 s2 无延时作用 d 如果断开b线圈的开关 s2 延时将变长 解析 选 bc 当没有b线圈时 s1断开 在a线圈中只会产生自感电动势而不会产生 电流 所以不会产生磁场 故起延时作用的是b线圈 如果b线圈的开关 s2也断开 同样 只会产生自感电动势而不会产生电流 故不会产生磁场 无延时作用 选项 b c 正确 10 如图所示 日光灯正常发光时 流过灯管的电流为i 那么对于灯丝ab上的电流 以下说法正确的是 a 灯丝ab上的电流处处为i b 灯丝a处的电流为i c 灯丝b处的电流为i 其他地方的电流都比i小 d 灯丝b处最容