【高中】2017沪科版高中物理选修321

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日光灯是我们生活中常用的照明灯具，那么你知道日光灯的构造和组成元件的作用吗？

探究日光灯电路

实验探究一

按右图组装日光灯电路进行试验

1、闭合开关，观察日光的发光过程

2、断开开关，拆除启辉器和整流器；

在闭合开关，灯管还能发光吗？

3、通过示波器来观察启动前后电压

的变化

1、发光前会闪烁，之后正常发光后

2、不发光

3、镇流器会激发极高的瞬时电压，

镇流器是一个带铁心的多匝线圈，那

么它是如何产生瞬时高雅的？

实验探究二

1、闭合开关S，调节滑动变阻器使两个灯泡的亮度相同，再断开开关S。

2、再次闭合开关S，仔细观察，两只灯泡在电路接通瞬间发光情况有什么不同？

接有线圈的灯泡开始发光较暗。

实验探究三

接通电路，闭合开关S，待灯泡正常发光后，再断开电路，观察灯泡在电路断开瞬间的发光情况。

开关闭合时，灯泡逐渐变亮；开关断开时，灯泡逐渐变暗，最后熄灭。分析论证

实验探究二中，电路闭合前，线圈中磁通量为零。在接通电路瞬间，线圈中的磁通量突然增加。根据电磁感应，只要线圈中的磁通量发生变化，

线圈中就会产生感应电动势。根据楞次定律，线圈中的感应电动势阻碍线圈中的电流的增大。这样，通过与线圈相连的灯泡的电流只能缓慢增加，故灯泡开始发光时较暗，直到线圈中的磁通量不在变化，灯泡才正常发光。与滑动变阻器相连的灯泡，电路一接通就能正常发光。

物理学中，把由于导体本身的电流发生变化而产生电磁感应现象叫做自感现象。自感现象中产生的电动势叫做自感电动势。

实验探究三中，开关闭合时，线圈中的电流从无到有，导体中的电场力做功，将电能转化成线圈中磁场的能；开关断开时，线圈中的电流从有到无，磁场的能有转化成电能。

分析论证 自感电动势的大小

由法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小正比于穿过线圈的磁通量的变化率，而磁通量的变化率跟线圈中电流的变化率成正比，所以可得：

t

I L E ??= 式中L 是比例系数，叫做自感系数，简称电感。

单位：亨利 简称：亨，符号：H

线圈的自感系数跟线圈的大小、几何形状、有无铁心以及匝数有关。 线圈的横截面积越大、线圈越长、匝数越多，它的自感系数越大；有铁芯和无铁芯其自感系数差别很大。

自感现象的应用——日光灯的原理

日光灯就是利用自感现象的例子。灯管的两端各有一个灯丝，灯管内充有微量的氩和稀薄的天然汞蒸汽，灯管内壁涂有荧光物质。当灯管内的气体被击穿而导电时，灯管两端的灯丝就会释放出大量的电子，这些电子与汞原子碰撞而放出紫外线，涂在灯管内的荧光物质在紫外线的照射下发出可见光，根据不同的需要充以不同的气体，并在管的内壁上涂上不同的荧光物质，就可制造出不同颜色的日光灯了。

日光灯的电路图如下图所示：

其中：启动器的作用是当开关闭合时电源把电压加在启动器两极间，使氖气放电发出辉光，辉光产生的热量使U形触片膨胀伸长接触静片而电路导通，于是镇流器中的线圈和灯管中的灯丝就有电流通过，电路接通后，启动器中的氖气停止放电，U形触片冷却收缩，电路断开，镇流器线圈因自感产生一个瞬时高压，这个高压加上电源两端的电压一起加在灯管的两端，使水银蒸汽开始放电导通，使日光灯发光。在启动器两触片间还并联了一个电容，它的作用是在动静触片分离时避免产生火花而烧毁，没有电容器，启动器也能正常工作，日光灯启动后，启动器就不需要了。

镇流器就是一个自感系数很大的线圈，在日光灯点燃时，利用自感现象，产生瞬时高压，在日光灯正常发光时，利用自感现象起降压限流的作用。

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