高中物理 1.6 自感現(xiàn)象及其應(yīng)用課件 粵教版選修3-2.ppt

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目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,一、自感現(xiàn)象 1.自感現(xiàn)象 當(dāng)一個線圈中的電流發(fā)生變化時,它所產(chǎn)生的變化磁場不僅在鄰近的電路中激發(fā)出感應(yīng)電動勢,同樣它本身也會激發(fā)出感應(yīng)電動勢.這種由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而使自身產(chǎn)生電磁感應(yīng)的現(xiàn)象,叫做自感現(xiàn)象. 2.自感電動勢 由自感而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫做自感電動勢.,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,二、自感系數(shù) 自感系數(shù)L簡稱自感或電感,它跟線圈的大小、形狀、圈數(shù)以及是否有鐵芯等因素有關(guān),線圈的橫截面積越大、線圈繞制得越密、匝數(shù)越多,它的自感系數(shù)就越大.另外有鐵芯的線圈的自感系數(shù)比沒有鐵芯時大.單位亨利,符號是H.常用的還有毫亨(mH)和微亨(μH),換算關(guān)系是1 H=103 mH=106 μH. 自感電動勢與什么因素有關(guān)呢? 答案：自感電動勢的大小與電流的變化快慢、線圈的自感系數(shù)有關(guān).,,,,,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,三、日光燈 1.主要組成 燈管、鎮(zhèn)流器和啟動器. 2.燈管 (1)工作原理:管中氣體導(dǎo)電時發(fā)出紫外線,熒光粉受其照射發(fā)出可見光.可見光的顏色由熒光粉的種類決定. (2)氣體導(dǎo)電的特點:燈管兩端的電壓達(dá)到一定值時,氣體才能導(dǎo)電;而要在燈管中維持一定大小的電流,所需的電壓卻低得多.,,,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,在高電壓的激發(fā)下,日光燈的燈管才能發(fā)光.這個使日光燈的燈管發(fā)光的高電壓是由誰來提供的? 答案：鎮(zhèn)流器中的電流急劇減小,會產(chǎn)生很高的自感電動勢,這個自感電動勢與電源電壓加在一起,形成一個瞬時高電壓,加在燈管兩端,使燈管中的氣體放電,日光燈被點亮.,知識精要,思考探究,典題例解,一,二,三,遷移應(yīng)用,一、實驗探究通電自感和斷電自感 1.在通電自感中,兩個燈泡不同時亮起. 如圖所示的電路,兩燈泡規(guī)格相同,接通開關(guān)后調(diào)節(jié)滑動變阻器R,使兩個燈泡亮度相同,然后斷開電路,再次接通的瞬間,產(chǎn)生的現(xiàn)象及原因如下表.,知識精要,思考探究,典題例解,一,二,三,遷移應(yīng)用,2.在斷電自感中,燈泡的亮度變化. 自感電動勢總是要阻礙引起自感的電流的變化,就好像感應(yīng)電流的磁場總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化一樣,自感電動勢阻礙的對象是“電流的變化”,而不是電流本身.,知識精要,思考探究,典題例解,一,二,三,遷移應(yīng)用,失,而由于線圈的自感,I1不會馬上消失,線圈總力圖維持I1的存在,所以線圈上產(chǎn)生一個b端為正、a端為負(fù)的自感電動勢,與燈泡組成abcd回路,由此流過L的電流大小由I2變成I1,方向由d→c變成c→d.可見通過L的電流大小與方向都發(fā)生了變化. 至于燈泡中的電流是突然變大還是變小(也就是說燈泡是否突然變得更亮一下),就取決于I2與I1誰大誰小,也就是取決于R和r誰大誰小的問題.,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,在斷電過程中,有時燈泡閃亮一下再熄滅,有時燈泡只會延遲一段時間再熄滅,出現(xiàn)上述兩種現(xiàn)象的原因是什么? 答案：在電源斷開后燈泡又亮一下的原因是燈泡斷電后自感線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流比原線圈中的電流大.要想使燈泡閃亮一下再熄滅,就必須使自感線圈的電阻小于與之并聯(lián)的燈泡.而當(dāng)線圈電阻大于燈泡電阻,則燈泡只會延遲一段時間再熄滅.,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,【例1】 如圖所示電路,L1和L2是兩個相同的燈泡,L是一個自感系數(shù)相當(dāng)大的線圈,其直流電阻與R相同.由于存在自感現(xiàn)象,在開關(guān)S接通和斷開時,燈泡L1和L2先后亮暗的次序是( ) (導(dǎo)學(xué)號51130013) A.接通時L1先達(dá)最亮,斷開時L1后滅 B.接通時L2先達(dá)最亮,斷開時L2后滅 C.接通時L1先達(dá)最亮,斷開時L1先滅 D.接通時L2先達(dá)最亮,斷開時L2先滅,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,解析：電流發(fā)生變化時,自感電動勢將阻礙電流的變化,根據(jù)電流的變化來分析電路中燈的明暗情況.當(dāng)S接通時,L1和L2應(yīng)該同時亮,但由于自感現(xiàn)象的存在,流過線圈的電流由零變大時,線圈上將產(chǎn)生自感電動勢,阻礙電流的增加,所以開始的瞬間電流幾乎全部從L1通過,而該電流又將同時分別通過L2和R,所以L1先達(dá)最亮,經(jīng)過一段時間穩(wěn)定后,L1和L2達(dá)到一樣亮.當(dāng)開關(guān)S斷開時,電源電流立即為零,因此L2立即熄滅,而對于L1,由于通過線圈的電流突然減弱,線圈中產(chǎn)生自感電動勢,使線圈L和L1組成的閉合電路中有感應(yīng)電流,所以L1后滅. 答案：A,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,1.如圖所示,L為自感系數(shù)較大的線圈,電路穩(wěn)定后小燈泡正常發(fā)光,當(dāng)斷開開關(guān)S的瞬間會有( ) (導(dǎo)學(xué)號51130014) A.燈L立即熄滅 B.燈L慢慢熄滅 C.燈L突然閃亮一下再慢慢熄滅 D.燈L突然閃亮一下再突然熄滅 答案：A 解析：本題考查對自感電動勢的正確理解,關(guān)鍵是看到斷開開關(guān),電路斷路,線圈中雖然產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,但不能形成感應(yīng)電流,故燈L立即熄滅,故選A.,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,2.(多選)如圖所示的(a)(b)兩個電路中,電阻R和自感線圈L的電阻值都小,且小于燈泡L的電阻,接通開關(guān)S,使電路達(dá)到穩(wěn)定,燈泡L發(fā)光,則( ) (導(dǎo)學(xué)號51130015) A.在電路(a)中,斷開S后,L將逐漸變暗 B.在電路(a)中,斷開S后,L將先變得更亮,然后逐漸變暗 C.在電路(b)中,斷開S后,L將逐漸變暗 D.在電路(b)中,斷開S后,L將先變得更亮,然后逐漸變暗,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,答案：AD 解析：本題考查了對斷電時產(chǎn)生的自感電動勢的阻礙作用的理解. 在電路斷開時,自感線圈的自感電動勢阻礙原電流的減小,此時自感線圈在電路中相當(dāng)于一個電源,表現(xiàn)在兩個方面:一是自感電動勢所引起的電流方向與原電流方向一致;二是在斷電瞬間,自感電動勢所引起的電流大小與原電流的大小相等,以后以此電流開始緩慢減小到零. (a)圖中,燈L與自感線圈L在同一個支路中,流過的電流相同,當(dāng)斷開開關(guān)S時,燈L將逐漸變暗;(b)圖中,斷開S時,L中的電流立即為零,但由于自感,自感線圈L中將維持本身的電流不變,且ILIL,所以燈L亮一下才逐漸熄滅,綜上所述選A、D.,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,二、線圈對變化電流、穩(wěn)定電流的阻礙作用 1.兩種阻礙作用產(chǎn)生的原因不同. 線圈對穩(wěn)定電流的阻礙作用,是由繞制線圈的導(dǎo)線的電阻決定的,對穩(wěn)定電流的阻礙作用,是金屬對定向運動電子的阻礙作用,具體可用金屬導(dǎo)電理論理解. 線圈對變化電流的阻礙作用,主要是由線圈的自感現(xiàn)象引起的,當(dāng)通過線圈的電流變化時,穿過線圈的磁通量發(fā)生變化,產(chǎn)生自感電動勢.,根據(jù)楞次定律知,當(dāng)線圈中的電流增加時,線圈中的自感電動勢與電流方向相反,阻礙電流的增加, 如圖甲所示.當(dāng)線圈中的電流減小時,線圈中的自感電動勢與電流方向相同,阻礙電流減小(如圖乙).,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,2.兩種阻礙作用產(chǎn)生的效果不同. 在通電線圈中,電流穩(wěn)定值為 ,由此可知線圈的穩(wěn)態(tài)電阻決定了電流的穩(wěn)定值,L越大,電流由零增大到穩(wěn)定值I0的時間越長,也就是說,線圈對變化電流的阻礙作用越大,電流變化得越慢,總之,穩(wěn)態(tài)電阻決定了電流所能達(dá)到的穩(wěn)定值,對變化電流的阻礙作用決定了要達(dá)到穩(wěn)定值所需的時間.,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,【例2】 (多選)如圖所示的電路中,燈泡L1和燈泡L2是完全相同的燈泡,自感線圈L的直流電阻為零,且自感系數(shù)很大,電容器C的電容較大且不漏電,下列判斷正確的是( ) (導(dǎo)學(xué)號51130016),A.開關(guān)S閉合后,L1燈亮后逐漸熄滅,L2燈逐漸變亮 B.開關(guān)S閉合后,L1燈、L2燈同時亮,然后L1燈暗,L2燈更亮 C.開關(guān)S閉合,電路穩(wěn)定后,S再斷開時,L1燈突然亮一下,然后熄滅,L2燈立即熄滅 D.開關(guān)S閉合,電路穩(wěn)定后,S再斷開時,L1燈突然亮一下,然后熄滅,L2燈逐漸熄滅,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,解析：如圖所示的電路中,L1燈與自感線圈L并聯(lián),L2燈與電容器C并聯(lián),然后這兩部分電路串聯(lián)接在電源上,當(dāng)開關(guān)S閉合時,自感線圈對電流的增大起阻礙作用,導(dǎo)致L1燈兩端電壓較大,而電容器C開始電壓較小,充電電流較大,故L2燈的電流較小;自感線圈L上的電流逐漸增大,電容器C上的充電電流逐漸減小,L1燈上的電流逐漸減小,L2燈上的電流逐漸增大,達(dá)到穩(wěn)定后,L1燈無電流,L2燈達(dá)到最亮,所以A項正確.開關(guān)S閉合,電路穩(wěn)定后,當(dāng)S斷開時,自感線圈L與L1燈組成閉合回路,自感線圈中的電流流經(jīng)L1燈,使L1燈突然亮一下再熄滅;而電容器C所帶的電荷量經(jīng)L2燈放電,L2燈不立即熄滅,而是逐漸熄滅,所以D項也是正確的. 答案：AD,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,如圖所示,電阻R和電感L的值很大,電源內(nèi)阻不可不計,A、B是完全相同的兩只燈泡,當(dāng)開關(guān)S閉合時,下列判斷正確的是( ) (導(dǎo)學(xué)號51130017) A.燈A比燈B先亮,然后燈A熄滅 B.燈B比燈A先亮,然后燈B逐漸變暗 C.燈A與燈B一起亮,而后燈A熄滅 D.燈A與燈B一起亮,而后燈B熄滅 答案：B 解析：開關(guān)S閉合時,B燈立即亮,A燈由于電感L的自感作用,將逐漸變亮,由于總電流逐漸變大,路端電壓變小,B燈逐漸變暗,選項B說法正確.,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,三、日光燈的構(gòu)成及工作原理 1.燈管:當(dāng)兩燈絲間的氣體導(dǎo)電時發(fā)出紫外線,紫外線使涂在管壁上的熒光粉發(fā)出柔和的可見光. 2.啟動器:利用氖管的輝光放電,起自動接通與切斷電路的作用,是為鎮(zhèn)流器產(chǎn)生瞬時自感高壓而服務(wù)的. 啟動器中的電容器能使動、靜觸片在分離時不產(chǎn)生火花,以免燒壞觸點. 3.鎮(zhèn)流器的作用:日光燈點燃時,利用自感現(xiàn)象產(chǎn)生瞬時高壓;日光燈正常發(fā)光時,利用自感現(xiàn)象,對燈管起到降壓限流作用.,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,4.日光燈的工作原理. (1)啟動:開關(guān)閉合后,電源電壓加在啟動器兩極,使氖氣放電,發(fā)輝光,產(chǎn)生熱量,使U形觸片膨脹,跟靜觸片接觸使電路接通.電路接通后,氖氣停止放電,U形動觸片冷卻收縮,兩觸片分開,電路斷開.電路斷開的瞬間,鎮(zhèn)流器產(chǎn)生很高的自感電動勢,其方向與原電壓方向相同,共同加在燈管兩端,使汞蒸氣放電,日光燈開始工作. (2)正常發(fā)光:日光燈正常發(fā)光時,鎮(zhèn)流器與兩燈絲及燈管內(nèi)的汞蒸氣組成電路,由于鎮(zhèn)流器的線圈的自感現(xiàn)象,阻礙通過燈管的電流變化,起降壓限流作用,確保日光燈正常工作.,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,【例3】 如圖所示的四個日光燈的接線圖中,S1為啟動器,S2為開關(guān),L為鎮(zhèn)流器,能使日光燈正常發(fā)光的是 ( ),A.①③ B.②④ C.① D.②,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,解析：日光燈工作時,電流通過鎮(zhèn)流器、燈絲、電源和啟動器形成電路,使啟動器發(fā)出輝光,相當(dāng)于啟動器短路接通,同時電流加熱燈絲,燈絲發(fā)射電子,鎮(zhèn)流器起控制加熱電流的作用;之后啟動器斷開瞬間,鎮(zhèn)流器產(chǎn)生很大的自感電動勢,出現(xiàn)一個高電壓加在燈管兩端,燈管中的氣體放電、發(fā)光,此時啟動器已無作用.所以啟動器可用手動的開關(guān)來代替(實際操作時,當(dāng)啟動器丟失或損壞時,可手持帶絕緣皮的導(dǎo)線短接啟動器然后再斷開),圖④的錯誤是不能讓鎮(zhèn)流器短路. 答案：A,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,日光燈的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示,若按圖示的電路連接,關(guān)于日光燈發(fā)光的情況,下列敘述中正確的是( ) A.S1接通,S2、S3斷開,日光燈就能正常發(fā)光 B.S1、S2接通,S3斷開,日光燈就能正常發(fā)光 C.S3斷開,接通S1、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,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,答案：C 解析：當(dāng)S1接通,S2、S3斷開時,電源電壓220 V直接加在燈管兩端,達(dá)不到燈管啟動的高壓值,日光燈不能發(fā)光,選項A錯誤. 當(dāng)S1、S2接通,S3斷開時,燈絲兩端被短路,電壓為零,不能使氣體電離導(dǎo)電,日光燈不能發(fā)光,選項B錯誤. 當(dāng)日光燈正常發(fā)光后,再接通S3,則鎮(zhèn)流器被短路,燈管兩端電壓過高,會損壞燈管,選項D錯誤. 只有當(dāng)S1、S2接通,燈絲被預(yù)熱,發(fā)出電子,再斷開S2,鎮(zhèn)流器中產(chǎn)生很大的自感電動勢,和原電壓一起加在燈管兩端,使氣體電離,日光燈正常發(fā)光,選項C正確.,知識鏈接,案例探究,規(guī)律方法:自感現(xiàn)象中的能量問題 1.自感現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化 在接通電路時,電路中的電流由于自感電動勢的作用不能發(fā)生突變而只能逐漸增加,這個過程中電源的電動勢要克服自感電動勢做功,把電源的一部分電能轉(zhuǎn)化為線圈的磁場能,電流穩(wěn)定后線圈中就儲存有一定量的磁場能.在斷電自感現(xiàn)象中,線圈L和燈泡(或電阻)組成閉合回路,線圈的自感電動勢把原儲存在線圈內(nèi)的磁場能轉(zhuǎn)化為電能用以維持這個閉合回路中保持一定時間的電流.電流逐漸減小,線圈中的磁場減弱,磁場能減少,當(dāng)電流為零時,線圈中原儲存的磁場能全部轉(zhuǎn)化為電能并通過燈泡(或電阻)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能. 所以,在自感現(xiàn)象中電能轉(zhuǎn)化為線圈內(nèi)的磁場能或線圈內(nèi)的磁場能轉(zhuǎn)化為電能,因此自感現(xiàn)象遵循能量守恒定律.,知識鏈接,案例探究,2.電感L在自感現(xiàn)象的能量轉(zhuǎn)化中起什么作用 電感L越大,當(dāng)接通電路使線圈中通電時產(chǎn)生的自感電動勢越大,電源克服自感電動勢所做的功越多,電能轉(zhuǎn)化的磁場能越多,因而當(dāng)線圈中電流穩(wěn)定時,線圈儲存的磁場能也越多,且這個過程持續(xù)越長;當(dāng)斷開電路使線圈中電流減小時,磁場能轉(zhuǎn)化的電能越多,且持續(xù)的時間也越長.,知識鏈接,案例探究,在生產(chǎn)實際中,有些高壓直流電路含有自感系數(shù)很大的線圈,當(dāng)電路中的開關(guān)S由閉合到斷開時,線圈會產(chǎn)生很高的自感電動勢,使開關(guān)S處產(chǎn)生電弧,危及操作人員的人身安全.為了避免電弧的產(chǎn)生,可在線圈處并聯(lián)一個元件,下列方案可行的是( ) 解析：閉合S時,二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài),不影響電路正常工作.斷開S時,由于自感現(xiàn)象,線圈跟二極管D組成閉合回路,此時二極管處于正向?qū)?可以避免電弧的產(chǎn)生,故選項D正確. 答案：D,