2018版高中物理 第2章 楞次定律和自感現(xiàn)象 2.3自感現(xiàn)象的應用學案 魯科版選修3-2.docx

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第4講　自感現(xiàn)象的應用 [目標定位]　1.知道日光燈的組成和電路圖.2.知道日光燈的主要元件及作用.3.知道感應圈是利用自感現(xiàn)象由低壓直流電源獲得高電壓的． 一、日光燈與鎮(zhèn)流器 構造、作用 元件名稱　　　 構造 原理、作用 啟動器 電容器、動觸片、靜觸片 啟動時將電路瞬時接通后斷開 燈管 燈管、燈絲、氬和汞蒸氣 高壓將管內(nèi)氣體擊穿，釋放電子與汞原子碰撞發(fā)出紫外線使熒光物質發(fā)光 鎮(zhèn)流器 自感系數(shù)大的線圈 啟動時形成瞬時高壓，工作時降壓限流 二、感應圈 1．工作原理 利用自感現(xiàn)象用低壓直流電源來獲得高電壓． 2．結構 主要由直接繞在鐵芯上的初級線圈和兩端接在放電器上的次級線圈構成． 3．用途 在物理、化學實驗室里可以做小功率高壓電源，在汽車、煤氣灶點火裝置中產(chǎn)生高壓電火花完成點火工作． 三、自感的其他應用及危害 1．其他應用 在廣播電臺和電視臺的無線電設備中，用自感線圈和電容器組成振蕩電路來發(fā)射電磁波；在收音機和電視機中，同樣也用振蕩電路來接收電磁波．另外電焊機也利用了自感現(xiàn)象，使焊條與工件之間的空隙產(chǎn)生電弧火花，使工件局部熔化． 2．危害 在電路中，開關斷開時產(chǎn)生電弧火花，燒壞開關或造成安全隱患. 一、日光燈的發(fā)光原理 圖1 1．構造 日光燈的電路如圖1所示，由日光燈管、鎮(zhèn)流器、開關等組成． 2．啟動前 管內(nèi)氣體未導通，啟動器動觸片與靜觸片處于分離狀態(tài)． 3．日光燈的啟動 當開關閉合時，電源把電壓加在啟動器的兩電極之間，使氖氣放電而發(fā)出輝光，輝光產(chǎn)生的熱量使U形動觸片膨脹伸長與靜觸片接觸，從而接通電路，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放電，U形動觸片冷卻收縮，兩個觸片分離，電路自動斷開，流過鎮(zhèn)流器的電流迅速減小，鎮(zhèn)流器線圈中會產(chǎn)生很高的自感電動勢，方向與原來電壓方向相同，與電源電壓一起形成瞬時高壓加在燈管兩端，使燈管中的氣體開始放電，于是日光燈管成為電流的通路開始發(fā)光．啟動器相當于一個自動開關．日光燈正常工作后處于斷開狀態(tài)，啟動器損壞的情況下可將連接啟動器的兩個線頭作一個短暫接觸也可把日光燈啟動．啟動時電流流經(jīng)途徑是鎮(zhèn)流器、啟動器、燈絲，啟動后電流流經(jīng)途徑是鎮(zhèn)流器、燈絲、日光燈管． 圖2 4．日光燈正常工作時鎮(zhèn)流器的作用 由于日光燈使用的是交流電源，電流的大小和方向做周期性變化．當交流電的大小增大時，鎮(zhèn)流器上的自感電動勢阻礙原電流增大，自感電動勢與原電壓反向；當交流電的大小減小時，鎮(zhèn)流器上的自感電動勢阻礙原電流減小，自感電動勢與原電壓同向．可見鎮(zhèn)流器的自感電動勢總是阻礙電流的變化，正常工作時鎮(zhèn)流器就起著降壓、限流的作用． 例1　如圖所示，S為啟動器，L為鎮(zhèn)流器，其中日光燈的接線圖正確的是(　　) 答案　A 解析　根據(jù)日光燈的工作原理，要想使日光燈發(fā)光，燈絲需要預熱發(fā)出電子，燈管兩端應有瞬時高壓，這兩個條件缺一不可．當動、靜觸片分離后，選項B中燈管和電源斷開，選項B錯誤；選項C中鎮(zhèn)流器與燈管斷開，無法將瞬時高壓加在燈管兩端，選項C錯誤；選項D中燈絲左、右端分別被短接，無法預熱放出電子，不能使燈管氣體導電，選項D錯誤． 針對訓練　如圖3是日光燈的結構示意圖，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(　　) 圖3 A．只把S1接通，S2、S3不接通，日光燈就能正常發(fā)光 B．把S1和S2接通后，S3不接通，日光燈就能正常發(fā)光 C．S3不接通，接通S1和S2后再斷開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 答案　C 解析　A選項：只接通S1，燈管兩端不能產(chǎn)生瞬時高壓，日光燈不能點亮，A錯誤； B選項：S1和S2接通，S2不斷開，日光燈被短路，電壓為零，鎮(zhèn)流器也不能產(chǎn)生斷電自感電動勢，日光燈不能點亮，B錯誤； C選項：S1和S2接通，再斷開S2，鎮(zhèn)流器產(chǎn)生自感電動勢，與外加電壓一起形成瞬時高壓，使日光燈點亮而正常發(fā)光，C正確； D選項：日光燈正常發(fā)光后，再接通S3，鎮(zhèn)流器被短接，不再起限流和降壓作用，加在燈管兩端的電壓將達到220V，燈管將被燒壞，D錯誤． 例2　啟動器是由電容和氖管兩大部分組成，其中氖管中充有氖氣，內(nèi)部有靜觸片和U形動觸片．通常動、靜觸片不接觸，有一個小縫隙，則下列說法中正確的是(　　) A．當電源的電壓加在啟動器兩極時，氖氣放電并產(chǎn)生熱量，導致U形動觸片受熱膨脹 B．當電源的電壓加在啟動器兩極后，啟動器的兩個觸片才接觸，使電路有電流通過 C．電源的電壓加在啟動器兩極前，啟動器的兩個觸片就接觸著，電路就已經(jīng)有電流通過 D．當電路通電后，兩個觸片冷卻，兩個觸片重新分離 答案　ABD 解析　依據(jù)日光燈的工作原理可知，電源把電壓加在啟動器的兩極之間，使氖氣放電而發(fā)出輝光．輝光產(chǎn)生熱量使U形動觸片膨脹伸長，跟靜觸片接觸把電路接通．電路接通后，啟動器的氖氣停止放電，U形動觸片冷卻收縮，兩個觸片分開，電路自動斷開． 二、感應圈的工作原理 如圖4是感應圈的原理圖，閉合開關K，低壓直流電源接通．開關K和彈簧片DK與初級線圈L1構成回路．此時，鐵芯被磁化，吸引彈簧片DK，使L1斷路，瞬時無電流通過，鐵芯失磁，彈簧片DK返回，L1回路再度接通．在這樣的反復過程中，L1中產(chǎn)生變化的電流．在通、斷的瞬間，由于初級線圈中的電流迅速變化，L1的自感電動勢會猛增至數(shù)百伏．次級線圈L2的線圈匝數(shù)約為L1的100倍，于是在次級線圈L2的兩端感應出數(shù)萬伏的高壓． 圖4 例3　關于感應圈下列說法不正確的是(　　) A．感應圈是利用自感現(xiàn)象來獲得高壓電的裝置 B．在工程中，感應圈可作為大功率高壓電源使用 C．煤氣灶電子點火裝置，是利用感應圈產(chǎn)生高壓電火花來完成的 D．感應圈的主要構造包括繞在鐵芯上的兩個絕緣線圈及放電器等 答案　B 解析　感應圈是利用自感現(xiàn)象，通過低壓直流電源來獲得高電壓的裝置，A正確；受直流電源提供電功率的限制，感應圈不能作為大功率高壓電源使用，B不正確；感應圈的主要構造包括兩個絕緣線圈和放電器等，D正確；煤氣灶電子點火裝置是利用感應圈產(chǎn)生的高壓電火花來完成的，C正確. 日光燈的發(fā)光原理 1．關于日光燈電路的連接，下列說法正確的是(　　) A．啟動器與燈管并聯(lián) B．鎮(zhèn)流器與燈管串聯(lián) C．啟動器與鎮(zhèn)流器并聯(lián) D．啟動器相當于開關 答案　ABD 解析　根據(jù)日光燈工作原理知，啟動器與燈管并聯(lián)、鎮(zhèn)流器與燈管串聯(lián)，啟動器的動觸片和靜觸片短暫接通后斷開，鎮(zhèn)流器向燈管提供瞬時高壓．所以，啟動器僅起到了開關作用，A、B、D對，C錯． 2．在日光燈電路中接有啟動器、鎮(zhèn)流器和日光燈管，下列說法中正確的是(　　) A．日光燈點燃后，鎮(zhèn)流器、啟動器都不起作用 B．鎮(zhèn)流器在點燃燈管時產(chǎn)生瞬時高壓，點燃后起降壓限流作用 C．日光燈點亮后，啟動器不再起作用，可以將啟動器去掉 D．日光燈點亮后，使鎮(zhèn)流器短路，日光燈仍能正常發(fā)光，并能降低對電能的消耗 答案　BC 解析　日光燈工作時都要經(jīng)過預熱、啟動和正常工作三個不同的階段，它們的工作電流通路如下圖所示： 在啟動階段鎮(zhèn)流器與啟動器配合產(chǎn)生瞬間高壓．工作后，電流由燈管經(jīng)鎮(zhèn)流器，不再流過啟動器，故啟動后啟動器不再工作，而鎮(zhèn)流器還要起降壓限流作用，不能去掉，故選B、C. 感應圈的工作原理 3．下列說法正確的是(　　) A．感應圈的工作原理是電磁感應現(xiàn)象 B．日光燈和白熾燈一樣，都可接在直流電路中正常工作 C．感應圈中的兩個線圈的匝數(shù)一樣多 D．一個標有“220V,40W”的日光燈管，用歐姆表測燈管兩端，讀數(shù)約為1210Ω 答案　A 4．下列裝置中沒有利用感應圈的是(　　) A．煤氣灶電子點火裝置 B．汽車發(fā)動機點火裝置 C．物理、化學實驗中的小功率高壓電源 D．自動設備中的延時繼電器 答案　D 解析　煤氣灶電子點火裝置，汽車發(fā)電機點火裝置都是利用感應圈產(chǎn)生的高壓電火花來完成點火工作的，物理、化學實驗中的小功率電源是利用感應圈通過低壓直流電源獲得高電壓，A、B、C正確；延時繼電器是利用線圈的電磁感應來正常工作的，沒有用到感應圈，D錯誤．