《第3節(jié)自感現(xiàn)象的應用》教學設計(福建省縣級優(yōu)課)-物理教案

2.3自感現(xiàn)象的應用福州第四十中學林敬鋒［教學目標］（一）知識與技能1．了解日光燈的結(jié)構(gòu)和發(fā)光原理。2．知道日光燈的輔助元件鎮(zhèn)流器和啟動器的工作原理。3．了解感應器的原理和在生活中應用。（二）過程與方法通過學生的親身體驗和教師演示日光燈發(fā)光過程，感受自感現(xiàn)象。（三）情感、態(tài)度與價值觀通過學習自感現(xiàn)象的在實際生活中的應用，培養(yǎng)學生熱愛科學、崇尚科學的態(tài)度。［教學重點］1．日光燈的工作原理及鎮(zhèn)流器的作用。2．感應圈的工作原理。［教學難點］鎮(zhèn)流器及啟動器的作用。［教學器材］自制示教板、數(shù)字萬用表、6W日光燈、小功率變壓器（替代鎮(zhèn)流器）、啟輝器、氖泡、1節(jié)18650鋰電池［教學方法］講授法、實驗法。［教學過程］（一）引入新課演示電感線圈的斷電自感現(xiàn)象。如圖，在演示板上連接一個由4V鋰電池、電燈、電感線圈的串聯(lián)電路。請學生上來配合實驗，用導線的連接和斷開來替代開關。學生在斷開導線的那一瞬間感受到了強烈的自感現(xiàn)象，有觸電的感覺。教師對實驗現(xiàn)象進行解釋。因為斷電時，電路有電流的突變，自感線圈中產(chǎn)生了磁通量的變化，于是產(chǎn)生了自感電動勢。由于實驗中選擇的自感線圈的自感系數(shù)L較大，由，產(chǎn)生的自感電動勢也較大，實際上瞬間可達100V以上。教師在導線開關處并聯(lián)一個氖泡，學生觀察到在斷電的瞬間氖泡發(fā)光，這表明自感電動勢大于80V。通過這個小實驗可以為學生理解鎮(zhèn)流器的作用打下了鋪墊。（二）進行新課一．日光燈的結(jié)構(gòu)和發(fā)光原理1．日光燈管的結(jié)構(gòu)讓學生先自行閱讀課本，了解日光燈管的結(jié)構(gòu)。教師配合多媒體圖片講授：日光燈管是密封的玻璃管，管內(nèi)充有稀薄的氬氣和汞蒸氣，在燈管的內(nèi)壁上涂有熒光粉。在燈管的兩端有兩個燈絲（鎢絲），各有兩只管腳。2、日光燈發(fā)光原理日光燈接入電路通電時，燈絲發(fā)熱溫度升高，有電子從燈絲逸出。逸出的自由電子在燈管兩端高壓形成的電場中被加速，電子在運動的過程中與汞原子碰撞，汞原子被激發(fā)到高能級后再向低能級的躍遷，輻射出紫外線，紫外線照射到玻璃管上的熒光粉后，熒光粉發(fā)出白光。3、日光燈的發(fā)光條件根據(jù)日光燈管的發(fā)光原理和實踐表明：燈管最初激發(fā)階段需要一個約700V左右的高電壓，而后在維持發(fā)光階段僅需100V左右的低電壓。二、使日光燈發(fā)光的輔助元件實驗演示：日光燈直接接220V的交流電源不能發(fā)光。教師提問：日光燈為什么不能發(fā)光？缺什么條件？引導學生認識到，日光燈不發(fā)光的原因是因為220V的電壓達不到700V左右激發(fā)電壓的要求，且燈絲沒有通電發(fā)熱；接著引導學生回憶剛才的小實驗，意識到可以利用個自感系數(shù)較大的自感線圈利用斷電自感現(xiàn)象來產(chǎn)生瞬間高壓。在電路連接上，自感線圈要與燈管串聯(lián)。實驗演示：用斷電自感高壓激發(fā)日光燈發(fā)光教師用自感線圈與燈管串聯(lián)，在燈管兩端燈絲其引腳之間直接用導線連接后再斷開，學生觀察到日光燈閃爍后發(fā)光了，同時用萬用表量出在燈光未啟動和發(fā)光時的端電壓，發(fā)現(xiàn)在發(fā)光前燈管有230左右電壓，但在發(fā)光時的端電壓只有40V左右，表明有190V左右的電壓落在鎮(zhèn)流器上。用多媒體演示鎮(zhèn)流器的結(jié)構(gòu)1、鎮(zhèn)流器鎮(zhèn)流器是一個帶鐵芯的線圈，自感系數(shù)很大。在啟動時產(chǎn)生高壓，在正常發(fā)光時起限流分壓作用。提出問題：用開關來啟動日光燈發(fā)光會有諸多不便，有更好的辦法嗎？實驗演示：用啟動器代替導線直接啟動日光燈多媒體演示啟動器結(jié)構(gòu)和工作原理2、啟動器啟動器是一個充有氖氣的密封玻璃泡，里面裝有兩個電極，一個是靜觸片，一個是由兩個膨脹系數(shù)不同的雙金屬制成的U型動觸片。啟動時氖氣發(fā)光，溫度升高，雙金屬拍彎曲，動、靜觸片連通，氖泡熄滅溫度降低，雙金屬片恢復原狀，觸點分開，自感線圈產(chǎn)生啟動高壓。總之而言啟動器起到一個自動開關的作用。三、日光燈通電的三個階段第一階段：開關閉合后，啟動器動、靜觸片接觸，使燈絲和鎮(zhèn)流器線圈中有電流流過，使燈絲預熱。第二階段：啟動器的動、靜觸片分斷時，使鎮(zhèn)流器線圈中電流減小，產(chǎn)生很大的自感電動勢，與電源電壓相串聯(lián)加在燈管兩端點亮燈管。第三階段：燈管點亮后，鎮(zhèn)流器與燈管組成串聯(lián)電路，鎮(zhèn)流器起分壓限流作用，使燈管正常發(fā)光。四、自感現(xiàn)象的其他應用實驗演示：高壓感應圈產(chǎn)生電弧1、高壓感應圈高壓感應圈是生產(chǎn)和生活中常見的高壓發(fā)生裝置，其本質(zhì)是自感變壓器。一組是匝數(shù)少的低壓繞組，另一組是匝數(shù)多的高壓繞組。低壓直流電在機械開關或電子開關的高頻率的閉合斷開的過程中，在低壓線圈中就產(chǎn)生了變化的電流，由于電磁感應，高壓繞組產(chǎn)生就感應出幾千伏乃至上萬伏的交變高電壓。展示實驗用高壓發(fā)生器和家用煤氣點火器2．自感現(xiàn)象的危害和防