高二同步 选修32 第1章 第5节 自感现象和日光灯原理.docx

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高二同步选修32第1章第5节自感现象和日光灯原理

教育学科教师辅导讲义

学员编号：

年级：

高二课时数：

3

学员姓名：

辅导科目：

物理学科教师：

授课主题

T自感现象和日光灯原理

授课日期及时段

教学内容

一、知识梳理

二、知识点深化

（一）自感现象

实验一自感现象

电路图（如图所示），A1、A2是规格完全一样的灯泡。

闭合电键S，调节变阻器R，使A1、A2亮度相同，再调节R1，使两灯正常发光，然后断开开关S。

重新闭合S，观察到什么现象？

（实验反复几次）

电路接通时，电流由零开始增加，穿过线圈L的磁通量逐渐增加，根据楞次定律L中产生的感应电动势的方向与原来的电流方向相反，阻碍L中电流增加，即推迟了电流达到正常值的时间。

导致跟线圈L串联的灯泡

A1逐渐亮起来。

实验二演示断电自感。

电路图（如图所示）接通电路，待灯泡A正常发光。

然后断开电路，观察到什么现象？

当S断开时，L中的电流突然减弱，穿过L的磁通量逐渐减少，根据楞次定律L中产生方向与原电流方向相同感应电动势，阻碍原电流减小。

L相当于一个电源，此时L与A构成闭合回路，故A中还有一段持续电流。

灯A闪亮一下，说明流过A的电流比原电流大。

自感现象：

导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。

自感电动势：

自感现象中产生的电动势叫自感电动势。

（二）自感系数

规律：

自感电动势大小

自感电动势方向服从楞次定律，即感应电流总是阻碍原电流的变化。

自感系数：

公式

中的L叫做自感系数，简称自感或电感。

自感系数与线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯等因素有关。

（三）自感现象的防止及应用：

首先，让我们认识一下日光灯发光的灯管部分，课件展示日光灯的图片，灯管的两端

各有一条灯丝，管中充有稀薄的氩和微量的水上银蒸气，管壁涂有荧光粉，，灯管的工作原理和白炽灯不同，两灯丝间的气体在导电时主要发出紫外线，荧光粉受到紫外线的照射才发出可见光，荧光粉的种类不同，发光的颜色也不一样。

气体导电有一个特点：

要使气体电离导电需要在灯管两端加一瞬时高压，这个电压是220V所不能满足的，而维持灯管中一定大小的电流，所需的电压却又低得多，也就是说只需要一个瞬时高压就可以了，持续高压不需要。

那么，怎样才能点亮日光灯呢？

提示学生利用所学的自感现象分析，在实验2中，开关断开瞬间，灯比原来更亮，说明在一定条件下，自感电动势可以非常大，能否用在日光灯中？

怎样连接电路？

学生分组讨论

日光灯原理（应用）

1、开关闭合，启动器的动、静触片先接通，后分离。

开关闭合时，电源将电压加在起动器两极间，使氖气放电发出辉光，辉光产生热量使U形动触片膨胀伸长，与静触片接通。

于是在镇流器线圈和灯管的灯丝间有电流通过。

电路接通后，起动器的氖气停止放电，U形动触片冷却收缩，两触片分离，电路自动断开。

2、启动器的动、静触片分离的瞬间，镇流器由于自感产生一个瞬时高压并与电源电压一起加在灯管的两灯丝间，使灯管中的汞蒸气导电，气体导电时发出的紫外线，使涂在管壁的荧光粉发出柔和的可见光。

3、日光灯启动后，镇流器由于自感作用使加在灯管上的电压低于电源电压，使灯管正常工作。

日光灯点燃后，只允许通过不大的电流。

由于灯管正常工作时，因为是气体导电，电阻小，故要求加在灯管两端的电压不能太大（低于电源电压220V）。

日光灯用交变电源供电，正常工作时，在镇流器中产生自感电动势阻碍电流变化，镇流器等效于一个大电阻并与一个小电阻（灯管）串联在220V的电源电压两端，使灯管两端所加的电压较小而正常工作。

总结镇流器和启动器在日光灯工作过程中的作用：

镇流器的作用——是自感系数很大的带铁心的线圈，启动时，产生高电压，帮助点燃；正常工作时的线圈起降压限制电流作用，保护灯管。

注意：

灯管两端的电压与镇流器的电压之和不等于电源电压。

启动器的作用——自动开关可用普通开关或短绝缘导线代替。

正常工作时不起作用，可以去掉。

（四）涡流

1．定义：

块状金属在磁场中运动，或者处在变化的磁场中，金属块内部会产生感应电流，这种电流在整块金属内部自成闭合回路，叫做涡流。

2．热效应：

金属块中的涡流要产生热量。

如果磁通量变化率大，金属的电阻率小，则涡流很强，产生的热量很多。

利用涡流的热效应可以制成高频感应炉、高频焊接、电磁炉等感应加热设备。

变压器、电机铁芯中的涡流热效应不仅损耗能量，严重时还会使设备烧毁．为减少涡流，变压器、电机中的铁芯都是用很薄的硅钢片叠压而成。

3．磁效应：

块状导体在磁场中运动时，产生的涡流使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。

电磁仪表中的电磁阻尼器就是根据涡流磁效应制成的

4．机械效应：

磁场相对于导体转动，导体中的感应电流使导体受到安培力作用，安培力使导体运动起来，这种作用称为电磁驱动。

交流感应电动机、磁性式转速表就是利用电磁驱动的原理工作的。

一、专题精讲

考点一：

自感现象的分析与判断

【例1】如图所示，电路甲、乙中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，接通S，使电路达到稳定，灯泡D发光。

则（）

A．在电路甲中，断开S，D将逐渐变暗

B．在电路甲中，断开S，D将先变得更亮，然后渐渐变暗

C．在电路乙中，断开S，D将渐渐变暗

D．在电路乙中，断开S，D将变得更亮，然后渐渐变暗

【解析】因R、L阻值很小，在电路甲中，线圈L与灯泡D串联，L中电流很小，断开S时自感电动势较小，自感作用使D与L中的电流值从S接通稳定后开始减小，D将逐渐变暗，而不是立即熄灭。

在电路乙中，L与D、R并联，稳定时L中电流比D中电流大，断开S的瞬间，L中电流从开始的稳定值逐渐减小，所以断开瞬间，通过灯泡D的电流变大，D将变得更亮，然后渐渐变暗。

正确选项为AD

【答案】AD

【学法总结】S接通后电路稳定，比较L与D中电流大小，S断开后，因自感作用L、D、R构成回路有电流，判断D变暗还是变亮，关键是看S断开后从L流到D中的电流比D中原来（S未断开时）的电流是大还是小。

【变式训练1】如图所示，自感线圈的自感系数很大，电阻为零。

电键K原来是合上的，在K断开后，分析：

（1）若R1＞R2，灯泡的亮度怎样变化？

（2）若R1＜R2，灯泡的亮度怎样变化？

【答案】

（1）因R1＞R2，即I1＜I2，所以小灯泡在K断开后先突然变到某一较暗状态，再逐渐变暗到最后熄灭。

（2）因R1＜R2，即I1＞I2，小灯泡在K断开后电流从原来的I2突变到I1（方向相反），然后再渐渐变小，最后为零，所以灯泡在K断开后先变得比原来更亮，再逐渐变暗到熄灭。

考点二日光灯

【例2】如图是日光灯的电路图．日光灯主要由灯管、镇流器、启动器组成．关于日光灯的工作原理，下列说法正确的是（　　）

A.日光灯启动时，镇流器起分压限流作用

B.日光灯正常工作时，镇流器起分压限流作用

C.启动前卸掉启动器，不再采取其他措施，日光灯仍然可以正常启动

D．正常工作后卸掉启动器，不再采取其他措施，日光灯仍然可以继续正常工作

【解析】A、B、镇流器在启动时产生瞬时高压，在正常工作时起降压限流作用，故A错误，B正确．

C、D、启动前卸掉启动器，不再采取其他措施，日光灯不能正常启动，当电路接通后，启辉器中的氖气停止放电（启辉器分压少、辉光放电无法进行，不工作），U型片冷却收缩，两个触片分离，故C错误，D正确；

故选BD．

【答案】BD

【学法总结】日光灯正常发光后．由于交流电不断通过镇流器的线圈，线圈中产生自感电动势，自感电动势阻碍线圈中的电流变化，这时镇流器起降压限流的作用，使电流稳定在灯管的额定电流范围内，灯管两端电压也稳定在额定工作电压范围内．由于这个电压低于启辉器的电离电压，所以并联在两端的启辉器也就不再起作用了．

【变式训练2】日光灯电路主要由镇流器、起动器和灯管组成，在日光灯点燃的过程中

A.镇流器给日光灯开始点燃提供瞬时高压

B.灯管正常发光时，镇流器起降压限流作用

C.灯管正常发光时，起动器内的双金属片是分离的

D.镇流器在电路中起着将交流变直流的作用

【答案】ABC

二、学法提炼

三、专题检测

1．关于线圈中自感电动势的大小，下列说法中正确的是（）

A．电感一定时，电流变化越大，电动势越大

B．电感一定时，电流变化越快，电动势越大

C．通过线圈的电流为零的瞬间，电动势为零

D．通过线圈的电流为最大值的瞬间，电动势最大

2．关于线圈自感系数的说法，正确的是（）

A．自感电动势越大，自感系数也越大

B．把线圈中的铁芯抽出一些，自感系数减小

C．把线圈匝数增加一些，自感系数变大

D．绕制电感线圈的导线越粗，自感系数越大

3．如图所示，D1和D2是两个相同的灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其电阻与R相同，下列说法正确的是（）

A．线圈L中的电流变化越快，则其自感系数越大，自感电动势也越大

B．电键S闭合时D1先达最亮，断开时后暗

C．电键S闭合时D2先达最亮，断开时后暗

D．从S闭合到断开，D1和D2始终一样亮

4．如图所示，（a）、（b）中，R和自感线圈L的电阻都很小，接通K，使电路达到稳定，灯泡S发光。

下列说法正确的是（）

A．在电路（a）中，断开K，S将渐渐变暗

B．在电路（a）中，断开K，S将先变得更亮，然后渐渐变暗

C．在电路（b）中，断开K，S将渐渐变暗

D．在电路（b）中，断开K，S将先变得更亮，然后渐渐变暗

5．如图电路中，自感线圈的直流电阻RL很小（可忽略不计），自感系数L很大。

A、B、C是三只完全相同的灯泡，则S闭合后（）

A．S闭合瞬间，B、C灯先亮，A灯后亮

B．S闭合瞬间，A灯最亮，B灯和C灯亮度相同

C．S闭合后，过一会儿，A灯逐渐变暗，最后完全熄灭

D．S闭合后过一会儿，B、C灯逐渐变亮，最后亮度相同

6．如图所示是测定自感系数很大的线圈L的直流电阻的电路，L两端并联一只电压表，用来测量自感线圈的直流电压，在测量完毕后，拆解电路时应（）

A．先断开S1B．先断开S2

C．先拆除电流表D．先拆除电压表

7．如图所示，多匝线圈L的电阻和电源内阻都很小，可忽略不计，电路中两个电阻器的电阻均为R，开始时电键S断开．此时电路中电流强度为I0，现将电键S闭合、线圈L中有自感电动势产生，下列说法中正确的是（）

A．由于自感电动势有阻碍电流的作用，电路中电流最终由I0减小到零

B．由于自感电动势有阻碍电流的作用，电路中电流最终总小于I0

C．由于自感电动势有阻碍电流的作用，电路中电流将保持I0不变

D．自感电动势有阻碍电流增大的作用，但电路中电流最终还要增大到2I0

8.关于日光灯管内气体导电的说法中，正确的是

A.点燃日光灯时，激发气体导电的电压比220V低得多

B.点燃日光灯时，激发气体导电的电压比220V高得多

C.日光灯正常发光后，加在灯管两端的电压比220V低

D.日光灯正常发光后，加在灯管两端的电压比220V高

9.关于日光灯管内气体的说法中，正确的是

A.日光灯管内充有稀薄的空气

B.日光灯管内只充有稀薄的汞蒸气

C.日光灯管内充有微量的氩和稀薄的汞蒸气

D.日光灯管内是真空的

10.日光灯电路主要由镇流器、起动器和灯管组成，在日光灯点燃的过程中

A.镇流器给日光灯开始点燃提供瞬时高压

B.灯管正常发光时，镇流器起降压限流作用

C.灯管正常发光时，起动器内的双金属片是分离的

D.镇流器在电路中起着将交流变直流的作用

答案

1、B2、BC3、AB4、AD5、BCD6、B7、D8、BC9、C10、ABC

4、专题过关

1．在如图所示的电路中，a、b为两个完全相同的灯泡，L为自感线圈，E为电源，S为开关。

关于两灯泡点亮和熄灭的先后次序，下列说法正确的是（）

A．合上开关，a先亮，b后亮；断开开关，a、b同时熄灭

B．合上开关，b先亮，a后亮；断开开关，a先熄灭，b后熄灭

C．合上开关，b先亮，a后亮；断开开关，a、b同时熄灭

D．合上开关，a、b同时亮；断开开关，b熄灭，a后熄灭

2．在如图所示电路中。

A、B是两个完全相同的灯泡，L是一个自感系数很大、直流电阻为零的电感线圈，C是电容很大的电容器．当S闭合与断开时，对A、B的发光情况判断正确的是（）

A．S闭合时，A立即亮，然后逐渐熄灭

B．S闭合时，B立即亮，然后逐渐熄灭

C．S闭合足够长时间后，B发光，而A不发光

D．S闭合足够长时间后再断开S，B立即熄灭，而A逐渐熄

3．如图所示，A和B是电阻为R的电灯，L是自感系数较大的线圈，当S1闭合、S2断开且电路稳定时，A、B亮度相同，再闭合S2，待电路稳定后将S1断开，下列说法中，正确的是（）

A．B灯立即熄灭

B．A灯将比原来更亮一些后再熄灭

C．有电流通过B灯，方向为c→d

D．有电流通过A灯，方向为b→a

4．如图所示，abcd是一闭合的小金属线框，用一根绝缘的细杆挂在固定点O，使金属线框在竖直平面内来回摆动的过程穿过水平方向的匀强磁场区域，磁感线方向跟线框平面垂直，若悬点摩擦和空气阻力不计，则（）

A．线框进入或离开磁场区域时，都产生感应电流，而且电流的方向相反

B．线框进入磁场区域后，越靠近OO′线时速度越大，因而产生的感应电流也越大

C．线框开始摆动后，摆角会越来越小，摆角小到某一值后将不再减小

D．线框摆动过程中，机械能完全转化为线框电路中的电能

5．如图所示，A、B为大小、形状均相同且内壁光滑，但用不同材料制成的圆管，竖直固定在相同高度。

两个相同的磁性小球，同时从A、B管上端的管口无初速释放，穿过A管比穿过B管的小球先落到地面。

下面对于两管的描述这可能正确的是：

（）

A．A管是用塑料制成的，B管是用铜制成的；

B．A管是用铝制成的，B管是用胶木制成的；

C．A管是用胶木制成的，B管是用塑料制成的；

D．A管是用胶木制成的，B管是用铝制成的。

6．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。

则（）

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线圈的电键S2，无延时作用

D．如果断开B线圈的电键S2，延时将变长

7．如图所示，电路中L是自感系数较大的电感器．当滑动变阻器的滑动触头P从A端迅速滑向B端过程中通过AB的中点C时刻，回路中的电流为I1；当滑动触头P从B端迅速滑向A端过程中通过C点时刻，回路中的电流为I2；当滑动触头固定在C点时刻，回路中的电流为I3，则下列关系正确的是（）

A．I1=I2=I3B．I1>I3>I2

C．I1I3

8．如图所示，电键S原先闭合，电路处于稳定状态，在某一时刻t1突然打开电键S，则通过电阻R1中的电流I1随时间变化的图像是（）

9.关于日光灯上的起动器的有关说法中正确的是

A.灯管点燃发光后，起动器中两触片是分离的

B.日光灯正常发光后，取下起动器，日光灯立即熄灭

C.起动器中的电容器击穿后，日光灯管两端发红，中间不亮

D.起动器中的电容器击穿后，使电路中始终有电流，镇流器不能产生瞬时高压，因而灯管无法点燃.若将电容部分剪掉，则起动器仍可使日光灯正常工作

10.关于日光灯的镇流器，下列说法正确的是

A.镇流器产生的瞬时高压是来源于起动器两触片接通再断开的瞬问

B.镇流器在工作中总是产生高电压的

C.因为镇流器对交流电有较大的阻碍作用，所以在日光灯正常工作后，镇流器起降压限流作用D.镇流器的电感线圈对直流电也有较大的阻碍作用

答案

1、C2、AC3、AD4、AC5、B6、BC7、C8、D9、ACD10、AC

学法升华

一、知识收获

二、方法总结