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(yīng)用學(xué)案 魯科版選修3-2.docx

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第4講　自感現(xiàn)象的應(yīng)用 [目標(biāo)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(yīng)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(gòu)造、作用 元件名稱　　　 構(gòu)造 原理、作用 啟動(dòng)器 電容器、動(dòng)觸片、靜觸片 啟動(dòng)時(shí)將電路瞬時(shí)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(zhì)發(fā)光 鎮(zhèn)流器 自感系數(shù)大的線圈 啟動(dòng)時(shí)形成瞬時(shí)高壓，工作時(shí)降壓限流 二、感應(yīng)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(jié)構(gòu) 主要由直接繞在鐵芯上的初級(jí)線圈和兩端接在放電器上的次級(jí)線圈構(gòu)成． 3．用途 在物理、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室里可以做小功率高壓電源，在汽車、煤氣灶點(diǎn)火裝置中產(chǎn)生高壓電火花完成點(diǎn)火工作． 三、自感的其他應(yīng)用及危害 1．其他應(yīng)用 在廣播電臺(tái)和電視臺(tái)的無線電設(shè)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(jī)和電視機(jī)中，同樣也用振蕩電路來接收電磁波．另外電焊機(jī)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(guān)斷開時(shí)產(chǎn)生電弧火花，燒壞開關(guān)或造成安全隱患. 一、日光燈的發(fā)光原理 圖1 1．構(gòu)造 日光燈的電路如圖1所示，由日光燈管、鎮(zhèn)流器、開關(guān)等組成． 2．啟動(dòng)前 管內(nèi)氣體未導(dǎo)通，啟動(dòng)器動(dòng)觸片與靜觸片處于分離狀態(tài)． 3．日光燈的啟動(dòng) 當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，電源把電壓加在啟動(dòng)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(dòng)觸片膨脹伸長(zhǎng)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(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，流過鎮(zhèn)流器的電流迅速減小，鎮(zhèn)流器線圈中會(huì)產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢(shì)，方向與原來電壓方向相同，與電源電壓一起形成瞬時(shí)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(dòng)器相當(dāng)于一個(gè)自動(dòng)開關(guān)．日光燈正常工作后處于斷開狀態(tài)，啟動(dòng)器損壞的情況下可將連接啟動(dòng)器的兩個(gè)線頭作一個(gè)短暫接觸也可把日光燈啟動(dòng)．啟動(dòng)時(shí)電流流經(jīng)途徑是鎮(zhèn)流器、啟動(dòng)器、燈絲，啟動(dòng)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(shí)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(dāng)交流電的大小增大時(shí)，鎮(zhèn)流器上的自感電動(dòng)勢(shì)阻礙原電流增大，自感電動(dòng)勢(shì)與原電壓反向；當(dāng)交流電的大小減小時(shí)，鎮(zhèn)流器上的自感電動(dòng)勢(shì)阻礙原電流減小，自感電動(dòng)勢(shì)與原電壓同向．可見鎮(zhèn)流器的自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙電流的變化，正常工作時(shí)鎮(zhèn)流器就起著降壓、限流的作用． 例1　如圖所示，S為啟動(dòng)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(yù)熱發(fā)出電子，燈管兩端應(yīng)有瞬時(shí)高壓，這兩個(gè)條件缺一不可．當(dāng)動(dòng)、靜觸片分離后，選項(xiàng)B中燈管和電源斷開，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；選項(xiàng)C中鎮(zhèn)流器與燈管斷開，無法將瞬時(shí)高壓加在燈管兩端，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；選項(xiàng)D中燈絲左、右端分別被短接，無法預(yù)熱放出電子，不能使燈管氣體導(dǎo)電，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 針對(duì)訓(xùn)練　如圖3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(　　) 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(dāng)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(xiàng)：只接通S1，燈管兩端不能產(chǎn)生瞬時(shí)高壓，日光燈不能點(diǎn)亮，A錯(cuò)誤； B選項(xiàng)：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(dòng)勢(shì)，日光燈不能點(diǎn)亮，B錯(cuò)誤； C選項(xiàng)：S1和S2接通，再斷開S2，鎮(zhèn)流器產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，與外加電壓一起形成瞬時(shí)高壓，使日光燈點(diǎn)亮而正常發(fā)光，C正確； D選項(xiàng)：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(dá)到220V，燈管將被燒壞，D錯(cuò)誤． 例2　啟動(dòng)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(dòng)觸片．通常動(dòng)、靜觸片不接觸，有一個(gè)小縫隙，則下列說法中正確的是(　　) A．當(dāng)電源的電壓加在啟動(dòng)器兩極時(shí)，氖氣放電并產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致U形動(dòng)觸片受熱膨脹 B．當(dāng)電源的電壓加在啟動(dòng)器兩極后，啟動(dòng)器的兩個(gè)觸片才接觸，使電路有電流通過 C．電源的電壓加在啟動(dòng)器兩極前，啟動(dòng)器的兩個(gè)觸片就接觸著，電路就已經(jīng)有電流通過 D．當(dāng)電路通電后，兩個(gè)觸片冷卻，兩個(gè)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(dòng)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(dòng)觸片膨脹伸長(zhǎng)，跟靜觸片接觸把電路接通．電路接通后，啟動(dòng)器的氖氣停止放電，U形動(dòng)觸片冷卻收縮，兩個(gè)觸片分開，電路自動(dòng)斷開． 二、感應(yīng)圈的工作原理 如圖4是感應(yīng)圈的原理圖，閉合開關(guān)K，低壓直流電源接通．開關(guān)K和彈簧片DK與初級(jí)線圈L1構(gòu)成回路．此時(shí)，鐵芯被磁化，吸引彈簧片DK，使L1斷路，瞬時(shí)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(fù)過程中，L1中產(chǎn)生變化的電流．在通、斷的瞬間，由于初級(jí)線圈中的電流迅速變化，L1的自感電動(dòng)勢(shì)會(huì)猛增至數(shù)百伏．次級(jí)線圈L2的線圈匝數(shù)約為L(zhǎng)1的100倍，于是在次級(jí)線圈L2的兩端感應(yīng)出數(shù)萬(wàn)伏的高壓． 圖4 例3　關(guān)于感應(yīng)圈下列說法不正確的是(　　) A．感應(yīng)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(yīng)圈可作為大功率高壓電源使用 C．煤氣灶電子點(diǎn)火裝置，是利用感應(yīng)圈產(chǎn)生高壓電火花來完成的 D．感應(yīng)圈的主要構(gòu)造包括繞在鐵芯上的兩個(gè)絕緣線圈及放電器等 答案　B 解析　感應(yīng)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(yīng)圈不能作為大功率高壓電源使用，B不正確；感應(yīng)圈的主要構(gòu)造包括兩個(gè)絕緣線圈和放電器等，D正確；煤氣灶電子點(diǎn)火裝置是利用感應(yīng)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(guān)于日光燈電路的連接，下列說法正確的是(　　) A．啟動(dòng)器與燈管并聯(lián) B．鎮(zhèn)流器與燈管串聯(lián) C．啟動(dòng)器與鎮(zhèn)流器并聯(lián) D．啟動(dòng)器相當(dāng)于開關(guān) 答案　ABD 解析　根據(jù)日光燈工作原理知，啟動(dòng)器與燈管并聯(lián)、鎮(zhèn)流器與燈管串聯(lián)，啟動(dòng)器的動(dòng)觸片和靜觸片短暫接通后斷開，鎮(zhèn)流器向燈管提供瞬時(shí)高壓．所以，啟動(dòng)器僅起到了開關(guān)作用，A、B、D對(duì)，C錯(cuò)． 2．在日光燈電路中接有啟動(dòng)器、鎮(zhèn)流器和日光燈管，下列說法中正確的是(　　) A．日光燈點(diǎn)燃后，鎮(zhèn)流器、啟動(dòng)器都不起作用 B．鎮(zhèn)流器在點(diǎn)燃燈管時(shí)產(chǎn)生瞬時(shí)高壓，點(diǎn)燃后起降壓限流作用 C．日光燈點(diǎn)亮后，啟動(dòng)器不再起作用，可以將啟動(dòng)器去掉 D．日光燈點(diǎn)亮后，使鎮(zhèn)流器短路，日光燈仍能正常發(fā)光，并能降低對(duì)電能的消耗 答案　BC 解析　日光燈工作時(shí)都要經(jīng)過預(yù)熱、啟動(dòng)和正常工作三個(gè)不同的階段，它們的工作電流通路如下圖所示： 在啟動(dòng)階段鎮(zhèn)流器與啟動(dòng)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(dòng)器，故啟動(dòng)后啟動(dòng)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(yīng)圈的工作原理 3．下列說法正確的是(　　) A．感應(yīng)圈的工作原理是電磁感應(yīng)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(yīng)圈中的兩個(gè)線圈的匝數(shù)一樣多 D．一個(gè)標(biāo)有“220V,40W”的日光燈管，用歐姆表測(cè)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(yīng)圈的是(　　) A．煤氣灶電子點(diǎn)火裝置 B．汽車發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火裝置 C．物理、化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的小功率高壓電源 D．自動(dòng)設(shè)備中的延時(shí)繼電器 答案　D 解析　煤氣灶電子點(diǎn)火裝置，汽車發(fā)電機(jī)點(diǎn)火裝置都是利用感應(yīng)圈產(chǎn)生的高壓電火花來完成點(diǎn)火工作的，物理、化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的小功率電源是利用感應(yīng)圈通過低壓直流電源獲得高電壓，A、B、C正確；延時(shí)繼電器是利用線圈的電磁感應(yīng)來正常工作的，沒有用到感應(yīng)圈，D錯(cuò)誤．