魯科版選修32自感、自感現(xiàn)象的應(yīng)用 課件 （64）張.ppt

第2節(jié)自感第3節(jié)自感現(xiàn)象的應(yīng)用 目標(biāo)導(dǎo)航1 了解自感現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因 會(huì)分析自感現(xiàn)象 難點(diǎn) 2 了解自感電動(dòng)勢(shì) 重點(diǎn) 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(dòng)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(yīng)現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象 想一想1 在自感現(xiàn)象中 穿過(guò)回路的磁通量變化嗎 導(dǎo)體自身電流 提示 變化 因?yàn)閷?dǎo)體中的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)穿過(guò)閉合回路 當(dāng)該電流變化時(shí) 穿過(guò)回路的磁通量就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化 二 自感電動(dòng)勢(shì)與自感系數(shù) 想一想2 自感電動(dòng)勢(shì)的作用是對(duì)電流有阻礙作用嗎 提示 不是 導(dǎo)體中電流不發(fā)生變化時(shí) 沒(méi)有自感電動(dòng)勢(shì) 只有導(dǎo)體中電流變化時(shí)才產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì) 從而起到阻礙導(dǎo)體中電流變化的作用 三 自感現(xiàn)象的應(yīng)用1 日光燈構(gòu)造 主要由 組成 2 鎮(zhèn)流器的作用 在啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生 在正常工作時(shí)起 作用 3 感應(yīng)圈 直接繞在鐵芯上 由幾匝 繞制而成 次級(jí)線圈則由多匝 繞成 日光燈管 鎮(zhèn)流器 啟動(dòng)器 瞬時(shí)高壓 降壓限流 初級(jí)線圈 粗導(dǎo)線 細(xì)導(dǎo)線 4 感應(yīng)圈的應(yīng)用 可作實(shí)驗(yàn)室中小功率 能產(chǎn)生105v的高壓 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火 煤氣灶電子點(diǎn)火裝置都是利用感應(yīng)線圈產(chǎn)生的 來(lái)完成工作的 另外 電焊機(jī)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(shí)燈管兩端電壓一定是220v嗎 提示 不是 正常工作時(shí)鎮(zhèn)流器降壓限流 日光燈管兩端電壓小于220v 要點(diǎn)一對(duì)自感電動(dòng)勢(shì)的理解學(xué)案導(dǎo)引1 自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙原電流的增大嗎 2 自感電動(dòng)勢(shì)總是與原電流方向相反嗎 1 自感電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原因 導(dǎo)體自身的電流發(fā)生變化而引起穿過(guò)自身的磁通量的變化 從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 自感現(xiàn)象的規(guī)律符合電磁感應(yīng)現(xiàn)象的一般規(guī)律 如法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律 它是一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象 2 自感電動(dòng)勢(shì)的作用 自感現(xiàn)象中 產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)延緩原電流的減小 但電流依然減小 3 自感電動(dòng)勢(shì)的方向 自感電動(dòng)勢(shì)總是要阻礙導(dǎo)體自身電流的變化 當(dāng)電流增大時(shí) 自感電動(dòng)勢(shì)與原電流方向相反 當(dāng)電流減小時(shí) 自感電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)阻礙的是原電流的變化 從能量轉(zhuǎn)化的角度 當(dāng)原電流增大時(shí) 電路把一部分電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能 從而延緩原電流的增大 當(dāng)原電流減小時(shí) 電路又把磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能 以此延緩原電流的減小 下列說(shuō)法正確的是 a 即使線圈中電流不變 線圈也會(huì)有自感電動(dòng)勢(shì)b 當(dāng)線圈中電流反向時(shí) 線圈中自感電動(dòng)勢(shì)的方向與線圈中原電流的方向相反c 當(dāng)線圈中電流增大時(shí) 線圈中自感電動(dòng)勢(shì)的方向與線圈中電流的方向相反d 當(dāng)線圈中電流減小時(shí) 線圈中自感電動(dòng)勢(shì)的方向與線圈中電流的方向相反 審題指導(dǎo) 審題時(shí)注意自感現(xiàn)象中非常關(guān)鍵的一點(diǎn) 自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙導(dǎo)體自身電流發(fā)生變化 精講精析 由法拉第電磁感應(yīng)定律可知 當(dāng)線圈中電流不變時(shí) 不產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì) a錯(cuò) 當(dāng)線圈中電流反向時(shí) 相當(dāng)于電流減小 線圈中自感電動(dòng)勢(shì)的方向與線圈中原電流的方向相同 b錯(cuò) 當(dāng)線圈中電流增大時(shí) 自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流增大 線圈中自感電動(dòng)勢(shì)的方向與線圈中電流的方向相反 c對(duì) 當(dāng)線圈中電流減小時(shí) 自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的減小 線圈中自感電動(dòng)勢(shì)的方向與線圈中電流的方向相同 d錯(cuò) 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(diǎn)二通電自感與斷電自感的分析學(xué)案導(dǎo)引1 開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)打開(kāi)瞬間 與線圈并聯(lián)的燈一定會(huì)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(dāng)于阻值逐漸減小的 電阻 在斷電自感現(xiàn)象中 線圈l相當(dāng)于電動(dòng)勢(shì)逐漸減小的 電源 在斷電自感中要判斷某一個(gè)小燈泡是否會(huì)閃亮一下再熄滅 一是看是否能組成臨時(shí)回路 二是看此時(shí)通過(guò)小燈泡的電流比斷開(kāi)前大 還是小 2011 高考北京卷 某同學(xué)為了驗(yàn)證斷電自感現(xiàn)象 自己找來(lái)帶鐵心的線圈l 小燈泡a 開(kāi)關(guān)s和電池組e 用導(dǎo)線將它們連接成如圖所示的電路 檢查電路后 閉合開(kāi)關(guān)s 小燈泡發(fā)光 再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)s 小燈泡僅有不顯著的延時(shí)熄滅現(xiàn)象 雖經(jīng)多次重復(fù) 仍未見(jiàn)老師演示時(shí)出現(xiàn)的小燈泡閃亮現(xiàn)象 他冥思苦想找不出原因 你認(rèn)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(diǎn)撥 解答本題時(shí)可按以下思路分析 1 首先將實(shí)物連線圖轉(zhuǎn)化為電路圖 2 理解斷電自感現(xiàn)象的實(shí)質(zhì) 3 明確小燈泡出現(xiàn)閃亮的原因 精講精析 根據(jù)實(shí)物連線圖畫出正確的電路圖如圖所示 當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)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(dāng)開(kāi)關(guān)s突然斷開(kāi)時(shí) 電流ia立即消失 但是 由于自感電動(dòng)勢(shì)的作用 流過(guò)線圈的電流il不能突變 而是要繼續(xù)流動(dòng) 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(shí)閃亮的時(shí)間就越長(zhǎng) 如果不滿足il ia的條件 小燈泡只是延時(shí)熄滅 不會(huì)觀察到閃亮一下再熄滅 可見(jiàn)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(xiàng)是c 答案 c 變式訓(xùn)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(jì) 自感系數(shù)足夠大的線圈 d1 d2是兩個(gè)規(guī)格相同的燈泡 s是控制電路的開(kāi)關(guān) 對(duì)于這個(gè)電路 下列說(shuō)法不正確的是 a 剛閉合s的瞬間 通過(guò)d1 d2的電流大小相等b 剛閉合s的瞬間 通過(guò)d1 d2的電流大小不等c 閉合s待電路達(dá)到穩(wěn)定后 d1熄滅 d2比s剛閉合時(shí)亮d 閉合s待電路達(dá)到穩(wěn)定后 再將s斷開(kāi)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(dòng)勢(shì) 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(cuò)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(guò)d2的電流增大 所以d2比s剛閉合時(shí)亮 c正確 將s斷開(kāi)瞬間 d2電流消失 立即熄滅 l產(chǎn)生同向的自感電動(dòng)勢(shì)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(diǎn)三日光燈的工作原理學(xué)案導(dǎo)引1 既然日光燈正常發(fā)光時(shí)啟動(dòng)器是斷開(kāi)的 所以啟動(dòng)器只是一個(gè)裝飾品 不起任何作用 對(duì)嗎 2 鎮(zhèn)流器在日光燈點(diǎn)燃和正常發(fā)光時(shí)所起的作用相同嗎 1 啟動(dòng)器的作用 1 構(gòu)造 如圖所示 它是一個(gè)充有氖氣的小玻璃泡 里面裝上兩個(gè)電極 一個(gè)固定不動(dòng)的靜觸片和一個(gè)用雙金屬片制成的u形動(dòng)觸片 2 作用 當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí) 電源把電壓加在啟動(dòng)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(dòng)觸片膨脹伸長(zhǎng)跟靜觸片接觸而把電路導(dǎo)通 于是鎮(zhèn)流器中的線圈和燈管的燈絲中就有電流通過(guò) 電路接通后 啟動(dòng)器中的氖氣停止放電 u形動(dòng)觸片冷卻收縮 兩個(gè)觸片分離 電路自動(dòng)斷開(kāi) 在電 路突然中斷瞬間 鎮(zhèn)流器線圈因自感產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)高壓 這個(gè)高壓和電源電壓加在燈管兩端使燈管中的汞蒸氣開(kāi)始放電導(dǎo)通 使日光燈發(fā)光 利用氖管的輝光放電 起著自動(dòng)把電路接通和斷開(kāi)為鎮(zhèn)流器產(chǎn)生瞬時(shí)自感高壓的作用 2 鎮(zhèn)流器的作用鎮(zhèn)流器是一個(gè)帶鐵芯的線圈 其自感系數(shù)很大 鎮(zhèn)流器在日光燈啟動(dòng)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(dòng)時(shí) 鎮(zhèn)流器能夠產(chǎn)生一個(gè)高出電源電壓很多的瞬時(shí)電壓 使日光燈內(nèi)的氣體導(dǎo)電 而被點(diǎn)燃 在日光燈啟動(dòng)后 因?yàn)槿展鉄舻碾娮枳兊煤苄?只允許通過(guò)不大的 電流 否則就會(huì)將燈管燒壞 這時(shí)加在燈管兩端的電壓低于電源電壓 此要求也是通過(guò)鎮(zhèn)流器來(lái)實(shí)現(xiàn)的 2 日光燈的工作過(guò)程分為預(yù)熱階段 點(diǎn)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(diǎn)燃時(shí) 鎮(zhèn)流器的作用是提供瞬時(shí)電壓 在正常發(fā)光時(shí) 鎮(zhèn)流器起降壓限流作用 3 日光燈的啟動(dòng) 發(fā)光過(guò)程 1 日光燈的電路圖日光燈主要由燈管 鎮(zhèn)流器 啟動(dòng)器組成 如圖所示 2 啟動(dòng) 發(fā)光過(guò)程當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合后 電源把電壓加在啟動(dòng)器的兩極之間 使氖氣導(dǎo)電而發(fā)出輝光 輝光產(chǎn)生的熱量使u形動(dòng)觸片膨脹伸長(zhǎng) 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(guò) 電路接通后 啟動(dòng)器中的氖氣停止導(dǎo)電 u形動(dòng)觸片冷卻收縮 兩個(gè)觸片分離 電路自動(dòng)斷開(kāi) 在電路突然斷開(kāi)的瞬間 由于鎮(zhèn)流器中的電流急劇減小 會(huì)產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢(shì) 方向與原來(lái)電壓的方向相同 這個(gè)自感電動(dòng)勢(shì)與電源電壓加在一起 形成一個(gè)瞬時(shí)高電壓 加在燈管兩端 使燈管中的氣體開(kāi)始導(dǎo)電 于是日光燈管成為電流的通路開(kāi)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(guò)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(shí)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)來(lái)阻礙電流的變化 進(jìn)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(guān)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(kāi) 日光燈就能正常發(fā)光b s1 s2接通 s3斷開(kāi) 日光燈就能正常發(fā)光c s3斷開(kāi) s1 s2閉合 再斷開(kāi)s2 日光燈就能正常發(fā)光d 當(dāng)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(diǎn)撥 解答本題時(shí)要把握以下兩點(diǎn) 1 日光燈點(diǎn)燃時(shí)鎮(zhèn)流器提供瞬時(shí)高壓 2 日光燈點(diǎn)亮后 鎮(zhèn)流器起降壓限流的作用 精講精析 當(dāng)s1接通 s2 s3斷開(kāi)時(shí) 電源電壓220v直接加在燈管兩端 達(dá)不到燈管啟動(dòng)時(shí)的高壓值 日光燈不能發(fā)光 選項(xiàng)a錯(cuò)誤 當(dāng)s1 s2接通 s3斷開(kāi)時(shí) 燈絲兩端被短路 電壓為零 日光燈不能發(fā)光 選項(xiàng)b錯(cuò)誤 當(dāng)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(xiàng)d錯(cuò)誤 只有當(dāng)s1 s2接通 燈絲被預(yù)熱 發(fā)出電子 再斷開(kāi)s2 鎮(zhèn)流器中產(chǎn)生很大的自感電動(dòng)勢(shì) 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(xiàng)c正確 答案 c 規(guī)律總結(jié) 求解此類問(wèn)題時(shí) 關(guān)鍵是要明確日光燈點(diǎn)亮和正常工作時(shí)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(dòng)時(shí)提供瞬時(shí)高壓 二是在日光燈正常工作時(shí)起降壓限流作用 啟動(dòng)器中有一雙金屬片觸點(diǎn)開(kāi)關(guān) 它在受熱時(shí)觸點(diǎn)接觸 正常情況下觸點(diǎn)分開(kāi) 綜上所述 可知選項(xiàng)b c d正確 自感現(xiàn)象與電路知識(shí)的結(jié)合 經(jīng)典案例 10分 圖 甲 為某同學(xué)研究自感現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)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(kāi)關(guān)s原來(lái)閉合 電路處于穩(wěn)定狀態(tài) 在t1 1 0 10 3s時(shí)刻斷開(kāi)開(kāi)關(guān)s 此時(shí)刻前后通過(guò)線圈l的電流隨時(shí)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(biāo)出斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后通過(guò)電燈的電流方向 3 在t2 1 6 10 3s時(shí)刻線圈l中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小是多少 思路點(diǎn)撥 求解本題應(yīng)把握以下兩點(diǎn) 1 電流穩(wěn)定時(shí) 線圈l相當(dāng)于一個(gè)電阻 2 斷開(kāi)開(kāi)關(guān)瞬間到燈熄滅 線圈l相當(dāng)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(shí)刻電感線圈l的電流i 0 2a 線圈此時(shí)相當(dāng)于一個(gè)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(jiàn)解題樣板 3 2 0v 規(guī)律總結(jié) 1 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)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(kāi)開(kāi)關(guān)瞬間 線圈l中的電流方向沒(méi)變化 仍然自左向右 3 求自感電動(dòng)勢(shì)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(guó)物理學(xué)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(dāng)學(xué)徒 也許這就是他改變了原來(lái)志向的一個(gè)原因 后來(lái) 一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)他讀到了一本 實(shí)驗(yàn)哲學(xué)講義 使他對(duì)自然科學(xué)發(fā)生了興趣 于是 他進(jìn)了奧巴爾學(xué)院學(xué)習(xí) 1826年成了這個(gè)學(xué)院的數(shù)學(xué)教授 1832年他受聘于普林斯頓學(xué)院做自然哲學(xué)教授 在1846年擔(dān)任新成立的華盛頓斯密森學(xué)院的院長(zhǎng) 他是繼富蘭克林之后 美國(guó)第一個(gè)從事電磁學(xué)研究并獲得重要成就的人 他的科學(xué)研究與富蘭克林一樣是在繁忙的社會(huì)工作中進(jìn)行的 他的科學(xué)研究是從改進(jìn)別人已經(jīng)發(fā)明的電磁鐵開(kāi)始的 電學(xué)雜志 月刊的創(chuàng)刊人斯特金制造了一個(gè)電磁鐵能提起9磅重的物體 這個(gè)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(dāng)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(jìn) 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(fù)實(shí)驗(yàn)如何提高電磁鐵的吸引力的過(guò)程中 在他不斷增加導(dǎo)線圈數(shù) 不斷變化各種條件的