通用版2018-2019版高中物理第1章電磁感應(yīng)與現(xiàn)代生活1.5自感現(xiàn)象與日光燈學(xué)案滬科版選修3 .doc

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1.5　自感現(xiàn)象與日光燈 [目標(biāo)定位] 1.能分析通電自感和斷電自感現(xiàn)象.2.能寫出自感電動勢的表達(dá)式，知道自感系數(shù)的決定因素.3.了解自感現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化.4.了解日光燈的組成以及起輝器和鎮(zhèn)流器的工作原理. 一、日光燈電路 按圖1所示電路連接日光燈電路，閉合開關(guān)，觀察日光燈的發(fā)光過程，簡單敘述其工作原理. 圖1 答案　(1)閉合開關(guān)，電源把電壓加在起輝器的兩極，起輝器內(nèi)氖氣放電產(chǎn)生熱量從而使起輝器內(nèi)雙金屬片接觸，電路導(dǎo)通. (2)電路接通后，起輝器中氖氣停止放電，溫度降低，雙金屬片分離，瞬間切斷的電流使鎮(zhèn)流器產(chǎn)生瞬時高壓，使燈管內(nèi)氣體導(dǎo)電而發(fā)光. (3)日光燈正常發(fā)光時，鎮(zhèn)流器起降壓限流作用，保證日光燈正常工作. [要點總結(jié)] 1.日光燈電路包括日光燈管、鎮(zhèn)流器、起輝器、開關(guān)、導(dǎo)線等. 2.起輝器的作用為自動開關(guān). 3.鎮(zhèn)流器是一個帶鐵心的多匝線圈，在啟動時提供瞬時高壓，點燃燈管之后起到降壓限流的作用. 例1　若將圖2甲中起輝器換為開關(guān)S1，并給鎮(zhèn)流器并聯(lián)一個開關(guān)S2，如圖乙所示，則下列敘述正確的是(　　) 圖2 A.只把S3接通，日光燈就能正常發(fā)光 B.把S3、S1接通后，S2不接通，日光燈就能正常發(fā)光 C.S2不接通，接通S3、S1后，再斷開S1，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S2，日光燈仍能正常發(fā)光 答案　C 解析　一般日光燈啟動的瞬間把電源、燈絲、鎮(zhèn)流器接通后自動斷開，靠鎮(zhèn)流器產(chǎn)生瞬時高壓，使燈管內(nèi)氣體導(dǎo)電，所以啟動時既要使題圖乙中S3閉合，又要使S1瞬間閉合再斷開，A、B錯，C對.正常工作時鎮(zhèn)流器起降壓限流作用，若把題圖乙中S2閉合，則鎮(zhèn)流器失去作用，日光燈不能正常工作，D錯. 二、自感現(xiàn)象 1.通電自感：如圖3，先閉合S，調(diào)節(jié)R2，使A1、A2的亮度相同，再調(diào)節(jié)R1使A1、A2正常發(fā)光，再斷開S，再次閉合.根據(jù)楞次定律分析現(xiàn)象，觀察兩只燈泡在電路接通的瞬間發(fā)光情況有什么不同？ 圖3 答案　現(xiàn)象：燈泡A2立即發(fā)光，燈泡A1逐漸亮起來. 原因：電路接通時，電流由零開始增加，穿過線圈L的磁通量逐漸增加，為了阻礙磁通量的增加，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通量與原來電流產(chǎn)生的磁通量方向相反，則線圈中感應(yīng)電動勢的方向與原來的電流方向相反，阻礙了L中電流的增加，即推遲了電流達(dá)到穩(wěn)定值的時間. 2.斷電自感：如圖4所示，先閉合開關(guān)使燈泡發(fā)光，然后斷開開關(guān). 圖4 (1)開關(guān)斷開前后，流過燈泡的電流方向各怎樣？ (2)在斷開過程中，有時燈泡閃亮一下再熄滅，有時燈泡只會緩慢變暗直至熄滅，請分析上述兩種現(xiàn)象的原因是什么？ 答案　(1)S閉合時，燈泡A中電流向左，S斷開瞬間，燈泡A中電流方向向右，所以開關(guān)S斷開前后，流過燈泡的電流方向相反. (2)在電源斷開后燈泡又閃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)的燈泡電阻.而當(dāng)線圈電阻大于或等于燈泡電阻時，燈泡只會延遲一段時間再熄滅. [要點總結(jié)] 1.自感現(xiàn)象：由于通過導(dǎo)體本身的的電流發(fā)生變化時，在線圈中引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象. 2.自感電動勢：自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢. 3.當(dāng)線圈中的電流增大時，自感電動勢的方向與原電流方向相反；當(dāng)線圈中電流減小時，自感電動勢的方向與原電流方向相同. 4.自感電動勢總是阻礙線圈中電流的變化，但不能阻止線圈中電流的變化. 對通電自感和斷電自感現(xiàn)象的分析 (1)通電瞬間自感電動勢阻礙電流的增加，與線圈串聯(lián)的燈泡在通電后會逐漸變亮，直到穩(wěn)定.通電瞬間自感線圈處相當(dāng)于斷路，電流穩(wěn)定時自感線圈相當(dāng)于導(dǎo)體. (2)斷電時自感線圈處相當(dāng)于電源，若斷電前，自感線圈電流大小IL大于燈泡的電流IA則燈會閃亮一下再熄滅；若斷電前自感線圈中的電流IL小于或等于燈泡中的電流IA則燈泡不會閃亮，而是逐漸熄滅.要注意斷電前后通過燈泡的電流方向是否變化. 例2　如圖5所示，電感線圈L的自感系數(shù)足夠大，其直流電阻忽略不計，LA、LB是兩個相同的燈泡，且在下列實驗中不會燒毀，電阻R2阻值約等于R1的兩倍，則 (　　) 圖5 A.閉合開關(guān)S時，LA、LB同時達(dá)到最亮，且LB更亮一些 B.閉合開關(guān)S時，LA、LB均慢慢亮起來，且LA更亮一些 C.斷開開關(guān)S時，LA慢慢熄滅，LB馬上熄滅 D.斷開開關(guān)S時，LA慢慢熄滅，LB閃亮后才慢慢熄滅 答案　D 解析　由于燈泡LA與線圈L串聯(lián)，燈泡LB與電阻R2串聯(lián)，當(dāng)S閉合的瞬間，通過線圈的電流突然增大，線圈產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的增加，所以LB先亮，由于LA所在的支路電阻阻值偏小，故穩(wěn)定時電流大，即LA更亮一些，A、B錯誤；當(dāng)S斷開的瞬間，線圈產(chǎn)生自感電動勢，兩燈組成的串聯(lián)電路中，電流從線圈中電流開始減小，即從IA減小，故LA慢慢熄滅，LB閃亮后才慢慢熄滅，C錯誤，D正確. 1.分析通電自感需抓住三點：(1)通電瞬間自感線圈處相當(dāng)于斷路；(2)電流增大過程中自感線圈對電流有阻礙作用，使線圈中的電流從0逐漸增大到穩(wěn)定值；(3)電流穩(wěn)定時自感線圈相當(dāng)于導(dǎo)體. 2.斷電自感時，由于自感電動勢的作用，線圈中的電流從原值逐漸減小.若斷開開關(guān)瞬間通過燈泡的電流大于斷開開關(guān)前的電流，燈泡會閃亮一下；若斷開開關(guān)瞬間通過燈泡的電流小于或等于斷開開關(guān)前的電流，燈泡不會閃亮一下，而是逐漸變暗. 例3　如圖6所示的電路中，S閉合且穩(wěn)定后流過電感線圈的電流是2 A，流過燈泡的電流是1 A，現(xiàn)將S突然斷開，S斷開前后，能正確反映流過燈泡的電流i隨時間t變化關(guān)系的圖像是(　　) 圖6 答案　D 解析　開關(guān)S斷開前，通過燈泡D的電流是穩(wěn)定的，其值為1 A.開關(guān)S斷開瞬間，自感線圈的支路由于自感現(xiàn)象會產(chǎn)生與線圈中原電流方向相同的感應(yīng)電動勢，使線圈中的電流從原來的2 A逐漸減小，方向不變，且同燈泡D構(gòu)成回路，通過燈泡D的電流和線圈L中的電流相等，也應(yīng)該是從2 A逐漸減小到零，但是方向與原來通過燈泡D的電流方向相反，D對. 三、自感電動勢的大小 1.自感電動勢的大小跟線圈內(nèi)磁通量變化率和線圈本身的自感特性有關(guān). 2.自感電動勢E的表達(dá)式：E＝L.其中L是自感系數(shù)，簡稱電感，單位：亨利，符號：H.1 mH＝10－3H；1 μH＝10－6 H. 3.決定因素：與線圈的大小、形狀、匝數(shù)，以及是否有鐵心等因素有關(guān)，與E、ΔI、Δt等無關(guān). 例4　關(guān)于線圈中自感電動勢的大小，下列說法中正確的是(　　) A.電感一定時，電流變化越大，自感電動勢越大 B.電感一定時，電流變化越快，自感電動勢越大 C.通過線圈的電流為零的瞬間，自感電動勢為零 D.通過線圈的電流為最大值的瞬間，自感電動勢最大 答案　B 解析　電感一定時，電流變化越快，越大，由E＝L知，自感電動勢越大，A錯，B對；線圈中電流為零時，電流的變化率不一定為零，自感電動勢不一定為零，故C錯；當(dāng)通過線圈的電流最大時，若電流的變化率為零，自感電動勢為零，故D錯. 1.(對自感現(xiàn)象的理解)關(guān)于自感現(xiàn)象，下列說法正確的是(　　) A.感應(yīng)電流一定和原來的電流方向相反 B.對于同一線圈，當(dāng)電流變化越大時，線圈產(chǎn)生的自感電動勢也越大 C.對于同一線圈，當(dāng)電流變化越快時，線圈的自感系數(shù)也越大 D.對于同一線圈，當(dāng)電流變化越快時，線圈中的自感電動勢也越大 答案　D 解析　當(dāng)電流增大時，感應(yīng)電流的方向與原來的電流方向相反，當(dāng)電流減小時，感應(yīng)電流的方向與原來的電流方向相同，故選項A錯誤；自感電動勢的大小，與電流變化快慢有關(guān)，與電流變化大小無關(guān)，故選項B錯誤，D正確；自感系數(shù)只取決于線圈本身的因素，與電流變化情況無關(guān)，故選項C錯誤. 2.(自感現(xiàn)象的分析)(多選)如圖7所示電路中，、是兩只相同的電流表，電感線圈L的直流電阻與電阻R阻值相等.下面判斷正確的是(　　) 圖7 A.開關(guān)S接通的瞬間，電流表的讀數(shù)大于的讀數(shù) B.開關(guān)S接通的瞬間，電流表的讀數(shù)小于的讀數(shù) C.開關(guān)S接通，電路穩(wěn)定后再斷開的瞬間，電流表的讀數(shù)大于的讀數(shù) D.開關(guān)S接通，電路穩(wěn)定后再斷開的瞬間，電流表的讀數(shù)等于的讀數(shù) 答案　BD 3.(對日光燈電路的分析)(多選)關(guān)于日光燈電路，下列說法正確的是(　　) A.起輝器在電路中起自動開關(guān)作用 B.正常使用時鎮(zhèn)流器不起作用 C.如果把日光燈燈管兩端的電極分別短路，日光燈仍能正常發(fā)光 D.如果日光燈在正常發(fā)光時，把起輝器取走，日光燈仍能正常發(fā)光 答案　AD 解析　起輝器起到自動開關(guān)作用，配合鎮(zhèn)流器產(chǎn)生瞬時高電壓啟動燈管.日光燈正常發(fā)光時，起輝器可以取走.而鎮(zhèn)流器在日光燈正常工作時起降壓限流作用，不能取出.燈管兩極短路后，日光燈將不能正常發(fā)光，故A、D項正確. 4.(自感現(xiàn)象的圖像問題)在如圖8所示的電路中，兩個相同的小燈泡L1和L2分別串聯(lián)一個帶鐵心的電感線圈L和一個滑動變阻器R.閉合開關(guān)S后，調(diào)節(jié)R，使L1和L2發(fā)光的亮度一樣，此時流過兩個燈泡的電流均為I.然后，斷開S.若t′時刻再閉合S，則在t′前后的一小段時間內(nèi)，能正確反映流過L1的電流i1、流過L2的電流i2隨時間t變化的圖像是(　　) 圖8 答案　B 解析　與滑動變阻器R串聯(lián)的L2，不受自感影響，直接變亮，電流變化圖像如A中圖線，C、D錯誤.與帶鐵心的電感線圈串聯(lián)的L1，由于自感，電流逐漸變大，A錯誤，B正確. B兩點間電壓UAB隨時間t變化的圖像中正確的是選項B.