魯科版選修32自感、自感現(xiàn)象的應用 課件 （64）張.ppt

第2節(jié)自感第3節(jié)自感現(xiàn)象的應用 目標導航1 了解自感現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因 會分析自感現(xiàn)象 難點 2 了解自感電動勢 重點 3 了解自感系數(shù) 并知道它的單位 4 知道日光燈及其原理 知道啟動器和鎮(zhèn)流器的構(gòu)造和原理 一 自感現(xiàn)象由于 發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象 想一想1 在自感現(xiàn)象中 穿過回路的磁通量變化嗎 導體自身電流 提示 變化 因為導體中的電流產(chǎn)生的磁場穿過閉合回路 當該電流變化時 穿過回路的磁通量就會發(fā)生相應的變化 二 自感電動勢與自感系數(shù) 想一想2 自感電動勢的作用是對電流有阻礙作用嗎 提示 不是 導體中電流不發(fā)生變化時 沒有自感電動勢 只有導體中電流變化時才產(chǎn)生自感電動勢 從而起到阻礙導體中電流變化的作用 三 自感現(xiàn)象的應用1 日光燈構(gòu)造 主要由 組成 2 鎮(zhèn)流器的作用 在啟動時產(chǎn)生 在正常工作時起 作用 3 感應圈 直接繞在鐵芯上 由幾匝 繞制而成 次級線圈則由多匝 繞成 日光燈管 鎮(zhèn)流器 啟動器 瞬時高壓 降壓限流 初級線圈 粗導線 細導線 4 感應圈的應用 可作實驗室中小功率 能產(chǎn)生105v的高壓 汽車發(fā)動機點火 煤氣灶電子點火裝置都是利用感應線圈產(chǎn)生的 來完成工作的 另外 電焊機也利用了自感現(xiàn)象 高壓電源 高壓電火花 想一想3 若將日光燈接在220v的電源上 日光燈正常工作時燈管兩端電壓一定是220v嗎 提示 不是 正常工作時鎮(zhèn)流器降壓限流 日光燈管兩端電壓小于220v 要點一對自感電動勢的理解學案導引1 自感電動勢總是阻礙原電流的增大嗎 2 自感電動勢總是與原電流方向相反嗎 1 自感電動勢產(chǎn)生的原因 導體自身的電流發(fā)生變化而引起穿過自身的磁通量的變化 從而產(chǎn)生感應電動勢 自感現(xiàn)象的規(guī)律符合電磁感應現(xiàn)象的一般規(guī)律 如法拉第電磁感應定律和楞次定律 它是一種特殊的電磁感應現(xiàn)象 2 自感電動勢的作用 自感現(xiàn)象中 產(chǎn)生自感電動勢的目的是阻礙原電流的變化 原電流增大則產(chǎn)生的自感電動勢延緩原電流的增大 但電流依然增大 原電流減小則產(chǎn)生的自感電動勢延緩原電流的減小 但電流依然減小 3 自感電動勢的方向 自感電動勢總是要阻礙導體自身電流的變化 當電流增大時 自感電動勢與原電流方向相反 當電流減小時 自感電動勢與原電流方向相同 也遵循 增反減同 的規(guī)律 特別提醒 自感電動勢阻礙的是原電流的變化 從能量轉(zhuǎn)化的角度 當原電流增大時 電路把一部分電能轉(zhuǎn)化為磁場能 從而延緩原電流的增大 當原電流減小時 電路又把磁場能轉(zhuǎn)化為電能 以此延緩原電流的減小 下列說法正確的是 a 即使線圈中電流不變 線圈也會有自感電動勢b 當線圈中電流反向時 線圈中自感電動勢的方向與線圈中原電流的方向相反c 當線圈中電流增大時 線圈中自感電動勢的方向與線圈中電流的方向相反d 當線圈中電流減小時 線圈中自感電動勢的方向與線圈中電流的方向相反 審題指導 審題時注意自感現(xiàn)象中非常關鍵的一點 自感電動勢總是阻礙導體自身電流發(fā)生變化 精講精析 由法拉第電磁感應定律可知 當線圈中電流不變時 不產(chǎn)生自感電動勢 a錯 當線圈中電流反向時 相當于電流減小 線圈中自感電動勢的方向與線圈中原電流的方向相同 b錯 當線圈中電流增大時 自感電動勢阻礙電流增大 線圈中自感電動勢的方向與線圈中電流的方向相反 c對 當線圈中電流減小時 自感電動勢阻礙電流的減小 線圈中自感電動勢的方向與線圈中電流的方向相同 d錯 答案 c a 使電路的電流減小 最后由i0減小到零b 有阻礙電流增大的作用 最后電流小于i0c 有阻礙電流增大的作用 因而電流總保持不變d 有阻礙電流增大的作用 但電流最后還是變?yōu)?i0 要點二通電自感與斷電自感的分析學案導引1 開關閉合瞬間 與線圈并聯(lián)或串聯(lián)的燈都是逐漸變亮嗎 2 開關打開瞬間 與線圈并聯(lián)的燈一定會閃亮一下再逐漸熄滅嗎 1 通電自感 2 斷電自感 特別提醒 在通電自感現(xiàn)象中 線圈l相當于阻值逐漸減小的 電阻 在斷電自感現(xiàn)象中 線圈l相當于電動勢逐漸減小的 電源 在斷電自感中要判斷某一個小燈泡是否會閃亮一下再熄滅 一是看是否能組成臨時回路 二是看此時通過小燈泡的電流比斷開前大 還是小 2011 高考北京卷 某同學為了驗證斷電自感現(xiàn)象 自己找來帶鐵心的線圈l 小燈泡a 開關s和電池組e 用導線將它們連接成如圖所示的電路 檢查電路后 閉合開關s 小燈泡發(fā)光 再斷開開關s 小燈泡僅有不顯著的延時熄滅現(xiàn)象 雖經(jīng)多次重復 仍未見老師演示時出現(xiàn)的小燈泡閃亮現(xiàn)象 他冥思苦想找不出原因 你認為最有可能造成小燈泡未閃亮的原因是 a 電源的內(nèi)阻較大b 小燈泡電阻偏大c 線圈電阻偏大d 線圈的自感系數(shù)較大 思路點撥 解答本題時可按以下思路分析 1 首先將實物連線圖轉(zhuǎn)化為電路圖 2 理解斷電自感現(xiàn)象的實質(zhì) 3 明確小燈泡出現(xiàn)閃亮的原因 精講精析 根據(jù)實物連線圖畫出正確的電路圖如圖所示 當閉合開關s 電路穩(wěn)定之后 小燈泡中有穩(wěn)定的電流ia 電感線圈中有穩(wěn)定的電流il 當開關s突然斷開時 電流ia立即消失 但是 由于自感電動勢的作用 流過線圈的電流il不能突變 而是要繼續(xù)流動 于是 電感線圈和小燈泡構(gòu)成了 回路 如果il ia 則能觀察到小燈泡閃亮一下再熄滅 線圈的自感系數(shù)越大 小燈泡延時閃亮的時間就越長 如果不滿足il ia的條件 小燈泡只是延時熄滅 不會觀察到閃亮一下再熄滅 可見燈泡未閃亮的根本原因是不滿足il ia的條件 這是線圈電阻偏大造成的il偏小 所以本題正確選項是c 答案 c 變式訓練2 2012 撫州高二期末 如圖所示 e為電池 l是電阻可忽略不計 自感系數(shù)足夠大的線圈 d1 d2是兩個規(guī)格相同的燈泡 s是控制電路的開關 對于這個電路 下列說法不正確的是 a 剛閉合s的瞬間 通過d1 d2的電流大小相等b 剛閉合s的瞬間 通過d1 d2的電流大小不等c 閉合s待電路達到穩(wěn)定后 d1熄滅 d2比s剛閉合時亮d 閉合s待電路達到穩(wěn)定后 再將s斷開瞬間 d1不立即熄滅 d2立即熄滅 解析 選b 剛閉合s瞬間 由于l產(chǎn)生反方向的自感電動勢 阻礙l中電流的增大 所以l中電流為零 d1 d2中電流相等 a正確 b錯誤 閉合s電路穩(wěn)定后 l把d1短路 d1熄滅 電路電阻減小 流過d2的電流增大 所以d2比s剛閉合時亮 c正確 將s斷開瞬間 d2電流消失 立即熄滅 l產(chǎn)生同向的自感電動勢并與d1構(gòu)成回路 所以d1閃亮一下再逐漸熄滅 d正確 要點三日光燈的工作原理學案導引1 既然日光燈正常發(fā)光時啟動器是斷開的 所以啟動器只是一個裝飾品 不起任何作用 對嗎 2 鎮(zhèn)流器在日光燈點燃和正常發(fā)光時所起的作用相同嗎 1 啟動器的作用 1 構(gòu)造 如圖所示 它是一個充有氖氣的小玻璃泡 里面裝上兩個電極 一個固定不動的靜觸片和一個用雙金屬片制成的u形動觸片 2 作用 當開關閉合時 電源把電壓加在啟動器兩極之間 使氖氣放電發(fā)出輝光 輝光產(chǎn)生的熱量使雙金屬片受熱膨脹 內(nèi)層膨脹幅度大一些 使u形動觸片膨脹伸長跟靜觸片接觸而把電路導通 于是鎮(zhèn)流器中的線圈和燈管的燈絲中就有電流通過 電路接通后 啟動器中的氖氣停止放電 u形動觸片冷卻收縮 兩個觸片分離 電路自動斷開 在電 路突然中斷瞬間 鎮(zhèn)流器線圈因自感產(chǎn)生一個瞬時高壓 這個高壓和電源電壓加在燈管兩端使燈管中的汞蒸氣開始放電導通 使日光燈發(fā)光 利用氖管的輝光放電 起著自動把電路接通和斷開為鎮(zhèn)流器產(chǎn)生瞬時自感高壓的作用 2 鎮(zhèn)流器的作用鎮(zhèn)流器是一個帶鐵芯的線圈 其自感系數(shù)很大 鎮(zhèn)流器在日光燈啟動階段和正常發(fā)光階段 起著不盡相同的作用 具體表現(xiàn)為 1 在燈管啟動時 鎮(zhèn)流器能夠產(chǎn)生一個高出電源電壓很多的瞬時電壓 使日光燈內(nèi)的氣體導電 而被點燃 在日光燈啟動后 因為日光燈的電阻變得很小 只允許通過不大的 電流 否則就會將燈管燒壞 這時加在燈管兩端的電壓低于電源電壓 此要求也是通過鎮(zhèn)流器來實現(xiàn)的 2 日光燈的工作過程分為預熱階段 點燃階段和正常發(fā)光階段 在不同階段 鎮(zhèn)流器的作用不同 在點燃時 鎮(zhèn)流器的作用是提供瞬時電壓 在正常發(fā)光時 鎮(zhèn)流器起降壓限流作用 3 日光燈的啟動 發(fā)光過程 1 日光燈的電路圖日光燈主要由燈管 鎮(zhèn)流器 啟動器組成 如圖所示 2 啟動 發(fā)光過程當開關閉合后 電源把電壓加在啟動器的兩極之間 使氖氣導電而發(fā)出輝光 輝光產(chǎn)生的熱量使u形動觸片膨脹伸長 跟靜觸片接觸而把電路接通 于是鎮(zhèn)流器的線圈和燈管的燈絲中就有電流通過 電路接通后 啟動器中的氖氣停止導電 u形動觸片冷卻收縮 兩個觸片分離 電路自動斷開 在電路突然斷開的瞬間 由于鎮(zhèn)流器中的電流急劇減小 會產(chǎn)生很高的自感電動勢 方向與原來電壓的方向相同 這個自感電動勢與電源電壓加在一起 形成一個瞬時高電壓 加在燈管兩端 使燈管中的氣體開始導電 于是日光燈管成為電流的通路開始發(fā)光 特別提醒 1 鎮(zhèn)流器的工作原理是利用自感現(xiàn)象 流過鎮(zhèn)流器的電流要變化才行 所以日光燈要使用交變電流 2 鎮(zhèn)流器的降壓限流與電阻不同 它是利用電流變化時產(chǎn)生自感電動勢來阻礙電流的變化 進而起到降壓限流的作用 如圖所示是日光燈的結(jié)構(gòu)示意圖 若按圖示的電路連接 關于日光燈的發(fā)光情況 下列敘述中正確的是 a s1接通 s2 s3斷開 日光燈就能正常發(fā)光b s1 s2接通 s3斷開 日光燈就能正常發(fā)光c s3斷開 s1 s2閉合 再斷開s2 日光燈就能正常發(fā)光d 當日光燈正常發(fā)光后 再接通s3 日光燈仍能正常發(fā)光 思路點撥 解答本題時要把握以下兩點 1 日光燈點燃時鎮(zhèn)流器提供瞬時高壓 2 日光燈點亮后 鎮(zhèn)流器起降壓限流的作用 精講精析 當s1接通 s2 s3斷開時 電源電壓220v直接加在燈管兩端 達不到燈管啟動時的高壓值 日光燈不能發(fā)光 選項a錯誤 當s1 s2接通 s3斷開時 燈絲兩端被短路 電壓為零 日光燈不能發(fā)光 選項b錯誤 當日光燈正常發(fā)光后 再接通s3 則鎮(zhèn)流器被短路 燈管也不能正常工作 選項d錯誤 只有當s1 s2接通 燈絲被預熱 發(fā)出電子 再斷開s2 鎮(zhèn)流器中產(chǎn)生很大的自感電動勢 和原電壓一起加在燈管兩端 使氣體電離 日光燈才正常發(fā)光 選項c正確 答案 c 規(guī)律總結(jié) 求解此類問題時 關鍵是要明確日光燈點亮和正常工作時鎮(zhèn)流器的作用 解析 選a 鎮(zhèn)流器在電路中的作用主要有二 一是在日光燈啟動時提供瞬時高壓 二是在日光燈正常工作時起降壓限流作用 啟動器中有一雙金屬片觸點開關 它在受熱時觸點接觸 正常情況下觸點分開 綜上所述 可知選項b c d正確 自感現(xiàn)象與電路知識的結(jié)合 經(jīng)典案例 10分 圖 甲 為某同學研究自感現(xiàn)象的實驗電路圖 電路中電燈的電阻r1 6 0 定值電阻r 2 0 ab間電壓u 6 0v 開關s原來閉合 電路處于穩(wěn)定狀態(tài) 在t1 1 0 10 3s時刻斷開開關s 此時刻前后通過線圈l的電流隨時間變化的圖線如圖 乙 所示 1 求出線圈l的直流電阻rl 2 在圖 甲 中用箭頭標出斷開開關后通過電燈的電流方向 3 在t2 1 6 10 3s時刻線圈l中的感應電動勢的大小是多少 思路點撥 求解本題應把握以下兩點 1 電流穩(wěn)定時 線圈l相當于一個電阻 2 斷開開關瞬間到燈熄滅 線圈l相當于電源 2 r1中電流方向向左 2分 3 由圖 乙 可知 在t2 1 6 10 3s時刻電感線圈l的電流i 0 2a 線圈此時相當于一個電源 由閉合電路的歐姆定律得 e i rl r r1 2分 代入數(shù)據(jù)解得 e 2 0v 2分 答案 1 2 0 2 見解題樣板 3 2 0v 規(guī)律總結(jié) 1 開關斷開瞬間 線圈l與電阻r及燈r1構(gòu)成閉合回路 線圈l是電源 2 斷開開關瞬間 線圈l中的電流方向沒變化 仍然自左向右 3 求自感電動勢可根據(jù)閉合電路歐姆定律求解 自感現(xiàn)象約瑟夫 亨利是美國物理學家 他出生在紐約的奧爾巴尼 雖然他的志趣在于從事劇本的創(chuàng)作 但由于環(huán)境所迫他不得不到鐘表修理店當學徒 也許這就是他改變了原來志向的一個原因 后來 一個偶然的機會他讀到了一本 實驗哲學講義 使他對自然科學發(fā)生了興趣 于是 他進了奧巴爾學院學習 1826年成了這個學院的數(shù)學教授 1832年他受聘于普林斯頓學院做自然哲學教授 在1846年擔任新成立的華盛頓斯密森學院的院長 他是繼富蘭克林之后 美國第一個從事電磁學研究并獲得重要成就的人 他的科學研究與富蘭克林一樣是在繁忙的社會工作中進行的 他的科學研究是從改進別人已經(jīng)發(fā)明的電磁鐵開始的 電學雜志 月刊的創(chuàng)刊人斯特金制造了一個電磁鐵能提起9磅重的物體 這個重量是它本身重量的20倍 他把軟鐵彎成馬蹄形 在鐵上涂以清漆 在它的上面繞了18圈的銅線 電源是內(nèi)阻較小的銅鋅電池 當亨利得知電磁鐵的發(fā)現(xiàn)之后 很感興趣 并且作了重大的改進 他用包上絲綢的銅線代替涂漆的銅線 這樣他可以在鐵芯上繞400圈銅線 于是 這塊電磁鐵就可以提起幾百磅的重物 1829年3月他展出了這塊新產(chǎn)品并做了表演 就在他反復實驗如何提高電磁鐵的吸引力的過程中 在他不斷增加導線圈數(shù) 不斷變化各種條件的