2.3 自感现象的应用 学案-2020-2021学年高二下学期物理鲁科版选修3-2

2.3 自感现象的应用学案

学习目标：

1.知道普通日光灯的组成和电路图.

2.知道启动器和镇流器的构造和工作原理.

3.了解感应圈的工作原理和应用.

4.会用自感知识分析、解决一些简单问题.

基础知识：

一.日光灯与镇流器

(1)日光灯电路主要由灯管、启动器、镇流器和开关等构成.镇流器实质上是一个带铁芯的线圈,其自感系数很大.

(2)灯管两端各有一根灯丝,管内充有微量的氩和稀薄的汞蒸汽,灯管内壁涂有荧光物质.当管内气体被击穿时,两端炽热的灯丝释放电子与汞原子碰撞而放出紫外线,使荧光物质发光.

(3)要使日光灯管发光,灯管两端需加上一个比220 V高,很多的电压,使灯管内的气体被击穿而导电;灯管正常发光后,灯管两端的电压又要比220 V低.

(4)镇流器的作用当开关闭合,启动器断开的瞬间,镇流器中产生一个很大的与电电压方向相同的自感电动势,从而在灯管两端形成一个瞬时高压.日光灯发光后,镇流器线圈会产生与电电压相反的自感电动势,镇流器起降压限流的作用,使日光灯管两端的工作电压不致太高.

二.感应圈

(1)感应圈的构造：铁芯、初级线圈、次级线圈、断续器簧片和放电器等构成,初级线圈和次级线圈都绕在铁芯上,次级线圈的两端接在放电器上.

(2)感应圈的工作原理利用自感现象用低压电获得高电压.

(3)感应圈的用途在物理化学实验室里可以做小功率高压电,在汽车、煤气灶点火装置中产生高压电火花(电弧火花)完成点火工作.

三.自感现象的其他应用

(1)凡是有导线、线圈的设备,只要有电流变化,就都会有自感现象产生.

(2)在广播台和电视台的无线电设备中,用自感线圈和电容器组成振荡电路发射电磁波;在收音机和电视机中,也用振荡电路接收电磁波.

(3)电焊机是利用了自感现象.电焊时,当焊条与工件短暂接触再断开时,在焊条与工件之间的空隙处就产生电弧火花,电弧火花产生的高温把金属工件局部熔化,从而实现焊接.

重难点理解：

一、日光灯与镇流器的原理

(1)启动器的主要构造是一个充有氖气的小玻璃泡,里面装有两个电极,一个是静触片,一个是由两个膨胀系数不同的金属制成的U形动触片.

双金属片接通的原理是：平常动触片与静触片之间不接触,有小缝隙,双金属片受热时,两金属片膨胀程度不同,下层的膨胀大一些,使U形动触片稍伸开一点,与静触片接触.

启动器作用是相当于一个自动开关,常态是断开的.

(2)激发灯管中汞蒸气导电时的高电压：开关S闭合时,电将电压加在启动器两极间,使氖气放电发出辉光,辉光产生热量使U形动触片膨胀伸长,与静触片接通.于是在镇流器线圈和灯管的灯丝间有电流通过.电路接通后,启动器的氖气停止放电,U形动触片冷却收缩,两触片分离,电路自动断开.在电路突然断开瞬间,由于镇流器中的电流急剧减小,产生很大的感应电动势E ,E自加上电电压一起形成瞬时高压,使灯管中汞蒸气导电.

自

(3)日光灯正常工作时低压是：日光灯正常工作后,电阻小,要求电流很小.日光灯管用交变

电供电,在镇流器中产生E感,E感总与电电压方向相反,阻碍电流变化,从而镇流器在灯管正常工

作时起降压限流作用.

(4)启动时电流流经的途径是镇流器、启动器、灯丝,启动后电流流经途径是镇流器、灯丝、日光灯灯管.

日光灯正常工作后启动器不起作用,可以拿出,不影响日光灯正常发光;镇流器是起作用的,

它起降压作用.

二、感应圈的工作原理

感应圈是如何利用低压直流电获得高电压：如图所示,感应圈上初级线圈(匝数少)和次级

线圈(匝数多)都绕在一个铁芯上.当闭合开关S,初级线圈与电接通.电流通过初级线圈并逐渐增大,铁芯被磁化,穿过铁芯的磁通量增大到很大;当再使开关S断开时,电流瞬时消失,在断电的

瞬间,穿过铁芯的磁通量突然减小到几乎为零,次级线圈中会产生一个很大的自感电动势.由于

次级线圈的线圈匝数约为初级线圈的上百倍,所以在次级线圈的两端则会感应出上万伏的高压.

典例1、如图所示,S为启动器,L为镇流器,其中日光灯的接线图正确的是()

A【解析】根据日光灯的工作原理,要想使日光灯发光①灯丝需预热发出电子;②灯管两端应

有瞬时高压.这两个条件缺一不可.当动、静触片分离后,选项B中灯管和电断开,选项B错误;选项C中镇流器与灯管断开,无法将瞬时高压加在灯管两端,选项C错误;选项D中灯丝左右端分别被短接,无法预热放出电子,不能使灯管中气体导电,选项D错误,只有选项A是正确的.

【点拨】明确启动器的作用和镇流器的原理.启动器相当于一个自动开关,当灯管正常工作时,启动器断开;镇流器的作用是在启动时产生瞬时高压,工作时起降压限流作用.所以镇流器必须

和电流接通,启动器和两端灯丝相接.

典例2、关于感应圈下列说法正确的是()

A.感应圈是利用自感现象获得高电压的装置

B.在工程中,感应圈可作为大功率高压电使用

C.煤气灶电子点火装置,是利用感应圈产生高电压电火花完成的

D.感应圈的主要构造包括绕在铁芯上的两个绝缘线圈及断续器等

ACD【解析】感应圈是利用自感现象,由低压电获得高电压的装置,A项正确;感应圈线圈两

端电压虽然很高,但功率很小,它可以作为小功率高电压电,B项错误;由感应圈的构造和应用知,C、D项正确.

【点拨】对于感应圈注意两点①知道感应圈的基本结构及主要元件的作用;②深刻理解和准确把握感应圈的原理.

巩固练习：

1.图示是日光灯的结构示意图,若按图示的电路连接,关于日光灯发光的情况,下列说法中

正确的是()

A.S

1接通,S

2

、S

3

断开,日光灯就能正常发光

B.S

1、S

2

接通,S

3

断开,日光灯就能正常发光

C.S

3断开,接通S

1

、S

2

后,再断开S

2

,日光灯就能正常发光

D.当日光灯正常发光后,再接通S

3

,日光灯仍能正常发光2.下面利用了自感现象的是()