2019-2020年高中物理 《自感現象與日光燈》教案 滬科版選修3-2.doc

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2019-2020年高中物理 《自感現象與日光燈》教案 滬科版選修3-2 【教學目的】 1、 通過邏輯推理和對實驗的觀察和分析，使學生在電磁感應知識的基礎上理解自感現象的產生的它的規(guī)律，明確自感系數的意義和決定條件 2、 通過分析理解在自感現象中能量形式的轉化情況，為進一步學習電磁振蕩打下基礎 3、 通過對兩個自感實驗的觀察和討論，培養(yǎng)學生的觀察能力和分析推理能力 4、 日光燈的原理 【重點難點】 重點：使學生在掌握了自感現象與電磁感應現象統(tǒng)一性的基礎上，把握自感現象的特點。 難點：斷電自感現象中，燈泡突然閃亮一下學生很難理解，是教學中的難點。 【教具】電源（6V）、導線、帶閉合鐵芯的線圈、電鍵、燈泡等 【教學過程】 ○、復習&引入 師：上節(jié)課提到了幾種不同形式的電磁感應現象，你們認為引起電磁感應現象最重要的條件是什么？ ☆生：穿過電路的磁通量發(fā)生變化 師：對！不論采用什么方式，只要能使穿過電路的磁通量發(fā)生變化，均能引起電磁感應現象。 1、 揭示現象，提出問題 [實驗]：（6V電源，A、B為裸露銅線，L為帶閉合鐵芯的線圈） 提出問題：在A、B觸點斷開瞬間，A、B間的高壓從何而來？ 2、 分析現象，建立概念 在上圖所示的電路中，當電鍵K搭接后，線圈中存在穩(wěn)定的電流I，線圈內部鐵心中存在很強的磁場，穿過線圈的磁通量很大；在電鍵K斷開瞬間，在很短的時間內，線圈中的電流迅速減小到零，穿過線圈的磁通量也迅速減小到零，磁通量的變化量雖然不是很大。但由于時間很短，在電鍵K由接通至斷開瞬間，對于線圈來說，在線圈上產生了很高的感生電動勢，這就是引起試驗學生強烈觸電感覺的高壓的來源。 上述現象屬于一種特殊的電磁感應現象，其中穿過電路磁通量的變化是由于通過導體本身的電流發(fā)生變化而引起的。這種由于導體本身的電流發(fā)生變化而產生的電磁感應現象，叫做自感現象。在自感現象中產生的感應電動勢，叫做自感電動勢。（板書） 3、 演示現象，強化概念（課本上的實驗） 總結1：電路接通時，電流由零開始增加，L支路中感應電流方向與原來電流方向相反，阻礙電流的增加，即推遲了電流達到正常值的時間（見上左圖）。啟發(fā)學生說出這時L相當于瞬時電源（將原電流方向及自感電流的方向在力中標出） 問：如果不斷地用手按動K，會發(fā)生什么現象？（燈1始終達不到正常發(fā)光亮度）加快按動頻率，又有什么現象？（燈1逐漸變得更暗）思考這是什么原因？ 總結2：K斷開，電源切斷，但燈不僅不立刻熄滅，反而產生了更強的延時電流，這是為什么？提醒學生，這時一定又出現了新電源，這個電源在哪里？電動勢的方向如何？ K斷開時，線圈L產生自感電動勢，方向與原來電流方向相同，阻礙電流的減小。L相當一瞬時電源，此電源與燈A形成回路（在圖中畫出電流方向），故燈A還有一段時間的持續(xù)電流。燈A比原來更亮地一閃，說明這瞬間電流比原來電流大。顯然這是由L產生的。原來L支路中電流iL比A支路中電流iA大很多（如上右圖），K斷開時，iA立即減為零，而iL由原原值逐漸減為零，推遲了減到零的時間，可見在一段時間內，流過A的電流還大于原來的電流iA，故而發(fā)出更亮的光。 板書：自感電動勢的方向總是阻礙原來電流的變化。 自感現象既然也是一種電磁感應現象，當然仍然遵守楞次定律，即自感電動勢的方向總是阻礙原來電流的變化。 4、 自感現象中的能量轉化 電能 磁場能 5、 自感系數 演示“千人震”實驗，折掉鐵芯，觸電感覺消失，說明線圈中產生的自感電動勢還與線圈本身有關。 1） 自感系數反映了線圈對電流變化阻礙作用的大小，不同線圈，自感系數不同，它由線圈本身決定（S、n、密集、鐵心） 2） 單位：享利 3） 大?。? 【鞏固練習】 1、在如圖所示的電路（a）、（b）中，電阻R和自感線圈L的電阻值都很小．接通K，使電路達到穩(wěn)定，燈泡S發(fā)光．（A、D） （A）在電路（a）中，斷開K， S將漸漸變暗． （B）在電路（a）中，一斷開K，S將先變得更亮，然后漸漸變暗． （C）在電路（b）中，斷開K，S將漸漸變暗． （D）在電路（b）中，斷開K，S將先變得更亮，然后漸漸變暗． 2、在如圖所示的電路中，S1和S2是兩個相同的小燈泡，L是一個自感系數相當大的線圈，其直流電阻值與R相等．在電鍵S接通和斷開時，燈泡S1和S2亮暗的順序是（A） （A）接通時，S1先達到最亮，斷開時，S1后暗 （B）接通時，S2先達到最亮，斷開時，S2后暗 （C）接通時，S1先達到最亮，斷開時，S1先暗 （D）接通時，S2先達到最亮，斷開時，S2先暗 分析與解答：從等效的觀點看，在S接通時，相當于L表現為很大的電阻，故S1先達到最亮．選項A正確． 3、如圖所示，多匝線圈L的電阻和電源內阻都很小，可忽略不計，電路中兩個電阻器的電阻均為R，開始時電鍵S斷開．此時電路中電流強度為I0，現將電鍵S閉合、線圈L中有自感電動勢產生，下列說法中正確的是（D） （A）由于自感電動勢有阻礙電流的作用，電路中電流最終由I0減小到零． （B）由于自感電動勢有阻礙電流的作用，電路中電流最終總小于I0． （C）由于自感電動勢有阻礙電流的作用，電路中電流將保持I0不變． （D）自感電動勢有阻礙電流增大的作用，但電路中電流最終還要增大到2 I0 4、右圖中a、b燈分別標有“36V 40W”和“36V 25W”，閉合電鍵調節(jié)，能使a、b都正常發(fā)光．斷開電鍵后重做實驗：電鍵閉合后看到的現象是什么？穩(wěn)定后那只燈較亮？再斷開電鍵，又將看到什么現象？ 分析：閉合瞬間， a將慢慢亮起來，b立即變亮．穩(wěn)定后兩燈都正常發(fā)光，a的功率大，較亮．這時的作用相當于一只普通的電阻（就是該線圈的內阻）；斷開瞬間，通過a的電流將逐漸減小，a漸漸變暗到熄滅，而ab組成同一個閉合回路，所以b燈也將逐漸變暗到熄滅，而且開始還會閃亮一下，這時相當于一個電源． （二）日光燈的主要組成 日光燈主要由燈管、鎮(zhèn)流器、啟動器組成。 分別將燈管、鎮(zhèn)流器、啟動器的實物模型展示在投影儀上，對其結構及其原理進行講解。 教師出示碎日光燈，如右圖，向學生介紹燈管的構造及發(fā)光原理。 教師講解：燈管內充有微量的惰性氣體（如：氬）和稀薄的汞蒸氣，兩個燈絲之間的氣體導電時發(fā)出紫外線，使涂在管壁上的熒光粉發(fā)出柔和的可見光。 教師說明：①管內所充氣體不同、管壁所涂的熒光粉不同，發(fā)光的顏色就不同；②日光燈開始點燃時，要激發(fā)汞蒸氣導電需要一個高出電源電壓很多的電壓，而正常發(fā)光時，燈管的電阻變得很?。ㄒ驗闅怏w導電的電阻?。?，只允許通過不大的電流，這時要求加在燈管上的電壓低于電源電壓。 教師出示拆開的鎮(zhèn)流器，如右圖，向學生介紹鎮(zhèn)流器的構造——是一個帶鐵芯的線圈，自感系數很大。 教師出示拆開的起動器，如右圖，要求學生觀察并總結啟動器的主要構造： 啟動器主要是一個充有氖氣的小玻璃泡，里面裝有兩個電極，一個是靜觸片，一個是由兩個膨脹系數不同的金屬制成的U形動觸片。 教師演示雙金屬片受熱彎曲的實驗，同時講述溫度升高時，動觸片與靜觸片接通的原理。 平常動觸片與靜觸片之間不接觸，有小縫隙，雙金屬片受熱時，兩金屬片膨脹程度不同，下層的膨脹大一些，使U形動觸片稍伸開一點，與靜觸片接觸。 教師說明：啟動器中與動、靜觸片并接的電容器只是起一個使動、靜觸片在分離時不產生火花，以免燒壞觸點。即使沒有電容器，啟動器也能工作。 （二）電路連接 教師利用投影儀出示日光燈的電路連接圖。如右圖。 （三）日光燈的工作過程 引導學生分析并掌握日光燈工作的全過程。 1、K閉合，啟動器的動、靜觸片先接通，后分離。 K閉合時，電源將電壓加在起動器兩極間，使氖氣放電發(fā)出輝光，輝光產生熱量使U形動觸片膨脹伸長，與靜觸片接通。于是在鎮(zhèn)流器線圈和燈管的燈絲間有電流通過。電路接通后，起動器的氖氣停止放電，U形動觸片冷卻收縮，兩觸片分離，電路自動斷開。 2、啟動器的動、靜觸片分離的瞬間，鎮(zhèn)流器由于自感產生一個瞬時高壓并與電源電壓一起加在燈管的兩燈絲間，使燈管中的汞蒸氣導電，氣體導電時發(fā)出的紫外線，使涂在管壁的熒光粉發(fā)出柔和的可見光。 3、日光燈啟動后，鎮(zhèn)流器由于自感作用使加在燈管上的電壓低于電源電壓，使燈管正常工作。 日光燈點燃后，只允許通過不大的電流。由于燈管正常工作時，因為是氣體導電，電阻小，故要求加在燈管兩端的電壓不能太大（低于電源電壓220V）。日光燈用交變電源供電，正常工作時，在鎮(zhèn)流器中產生自感電動勢阻礙電流變化，鎮(zhèn)流器等效于一個大電阻并與一個小電阻（燈管）串聯在220V的電源電壓兩端，使燈管兩端所加的電壓較小而正常工作。 教師引導學生總結鎮(zhèn)流器在日光燈工作過程中的作用： ⑴啟動時，產生瞬時高壓。⑵正常工作時，降壓限流。 要求學生思考下面的問題并作出回答。 問題1：日光燈的可見光是誰發(fā)出呢？是不是汞蒸氣發(fā)出？ 問題2：日光燈為什么能節(jié)電? 學生回答： 1．汞蒸氣導電時發(fā)出紫外線，使涂在管壁上的熒光粉發(fā)出柔和的可見光。不是汞蒸氣發(fā)出。 2．日光燈由于靠離子導電，電阻很小，故電流的熱效應很小，這樣日光燈能節(jié)約電能。 三、鞏固練習 1．如圖所示，L是自感系數很大，直流電阻很小的線圈，電表的零刻度都在表盤的中央，且量程均較大，閉合電鍵S，各表的指針都偏向零刻度的右邊，則在斷開電鍵的瞬間，哪幾個表指針偏向零刻度的左邊？ A.A1表 B.A2表 C.A3表 D.V表 （ CD ） 2．在日光燈的連接線路中，關于啟動器的作用，以下說法正確的是： A.日光燈起動時，為燈管提供瞬時高壓； （ C ） B.日光燈正常工作時，起降壓限流的作用； C.起到一個自動開關的作用，實際上可用一個彈片開關代替(按下接通，放手斷開)； D.以上說法均不正確。 3．日光燈鎮(zhèn)流器的作用是： （ BC ） A．啟動時限制燈管中電流； B．啟動時產生瞬間高壓，點燃燈管； C．工作時降壓限流，使燈管在較低電壓下工作； D．工作時維持燈管兩端有高于電源的電壓，使燈管正常工作。