2.3 自感现象的应用 学案（2020年鲁科版高中物理选修3-2）

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1、第第 3 节节 自感现象的应用自感现象的应用 学习目标 核心提炼 1.知道普通日光灯的组成和电路图。 2 种应用镇 流器与感应圈 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。 一、日光灯与镇流器 阅读教材第 3436 页，了解日光灯和镇流器的结构及工作原理。 构造、作用 元件名称 构造 原理、作用 启动器 电容器、动触片、静触 片 启动时将电路瞬时接通后断开 灯管 灯管、灯丝、氩和汞蒸 气 高压将管内气体击穿， 释放电子与 汞原子碰撞发出紫外线使荧光物 质发光 镇流器 自感系数很大的线圈 启动时形成瞬时高压， 工作时降压

2、限流 思考判断 (1)日光灯使用的是稳恒电流。( ) (2)日光灯正常发光后，启动器就不起什么作用了。() (3)镇流器只起升压作用。( ) 二、感应圈及自感现象的其他应用 阅读教材第 3638 页， 了解感应圈的构造和工作原理， 了解自感现象的其他应 用。 1.感应圈 (1)工作原理 利用自感现象用低压直流电源来获得高电压。 (2)结构 主要由直接绕在铁芯上的初级线圈和接在放电器上的次级线圈构成。 (3)用途 在物理、化学实验室里可以作为小功率高压电源，在汽车发动机、煤气灶电子点 火装置中产生高压电火花完成点火工作。 2.自感现象的其他应用及危害 (1)其他应用 在广播电台和电视台的无线电设

3、备中，用自感线圈和电容器组成振荡电路来发射 电磁波；在收音机和电视机中，同样也用振荡电路来接收电磁波。另外，电焊机 也利用了自感现象，使焊条与工件之间的空隙产生电弧火花，使工件局部熔化。 (2)危害 在电路中，开关断开时产生电弧火花，烧坏开关或造成安全隐患。 思维拓展 (1)利用感应圈可以由低电压获得高电压，能否由小功率来获得大功率？ (2)在加油站附近为什么要禁止用手机接打电话？ 答案 (1)不能。根据能量守恒定律，感应圈向外输出的能量不可能大于输入的能 量，即输出功率不可能大于输入功率。 (2)加油站附近空气中汽油的浓度较高，在用手机接打电话时，电话电路中有可能 由于自感产生电火花，引起危

4、险。 预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中 问题 1 问题 2 日光灯的工作原理 要点归纳 日光灯工作的三个阶段 1.开关闭合后，启动器中氖气放电发出辉光，辉光产生的热量使动触片与静触片 接触，使灯丝和镇流器线圈中有电流流过，使灯丝预热。 2.电路接通后，启动器中的氖气停止放电发光，U 形动触片冷却收缩，两个触片 分离， 电路自动断开。 在电路突然断开的瞬间， 由于通过镇流器的电流急剧减小， 会产生很大的自感电动势，方向与原来的电压方向相同，自感电动势与电源电压 一起加在灯管两端，形成一个瞬时高电压，使灯管中的气体击穿，于是日光灯开 始发光。 3.日光灯正常发光后， 由于交变电流通过

5、镇流器线圈， 线圈中会产生自感电动势， 它总是阻碍电流变化，镇流器起降压限流的作用，保证日光灯正常发光。 特别提醒 (1)日光灯灯管内的气体电离需要高压，是通过镇流器发生自感现象实现的。 (2)当日光灯正常工作时需要的是低压，此时镇流器起到降压限流的作用。 精典示例 例 1 (多选)如图 1 为日光灯电路，关于该电路以下说法正确的是( ) 图 1 A.启动过程中，启动器断开瞬间镇流器 L 产生瞬时高压 B.日光灯正常发光后，镇流器 L 使灯管两端电压低于电源电压 C.日光灯正常发光后启动器是导通的 D.图中的电源可以是交流电源，也可以是直流电源 解析 日光灯中镇流器在日光灯启动时产生一个瞬时高

6、压，击穿了灯管中的稀薄 气体导电，而在日光灯正常发光后，镇流器产生自感电动势使灯管两端的电压低 于电源电压，故 A、B 正确；日光灯只能用交流电源供电，正常发光后启动器是 断开的，故 C、D 错误。 答案 AB 针对训练 1 如图 2 是日光灯的结构示意图，若按图示的电路连接，关于日光灯 的发光情况，下列叙述中正确的是( ) 图 2 A.只把 S1接通，S2、S3不接通，日光灯就能正常发光 B.把 S1和 S2接通后，S3不接通，日光灯就能正常发光 C.S3不接通，接通 S1和 S2后再断开 S2，日光灯就能正常发光 D.当日光灯正常发光后，再接通 S3，日光灯仍能正常发光 解析 只接通 S1

7、，灯管两端不能产生瞬时高压，日光灯不能点亮，A 错误；S1和 S2接通，S3不接通，日光灯被短路，电压为零，镇流器也不能产生断电自感电动 势， 日光灯不能点亮， B 错误； S1和 S2接通， 再断开 S2， 镇流器产生自感电动势， 与外加电压一起形成瞬时高压，使日光灯点亮而正常发光，C 正确；日光灯正常 发光后，再接通 S3，镇流器被短接，不再起限流和降压作用，加在灯管两端的电 压将达到 220 V，灯管将被烧坏，D 错误。 答案 C 感应圈的工作原理 要点归纳 1.如图 3 是感应圈的原理图。闭合电键 S，低压直流电源接通。电键 S 和弹簧片 DK 与初级线圈 L1构成回路。此时，铁芯被磁

8、化，吸引弹簧片 DK，使 L1断路， 瞬时无电流通过，铁芯失磁，弹簧片 DK 返回，L1回路再次接通。在这样的反复 过程中，L1中产生变化的电流。 图 3 2.在通、断电的瞬间，由于初级线圈中的电流迅速变化，L1的自感电动势会猛增 至数百伏。次级线圈 L2的线圈匝数约为 L1的 100 倍，于是在次级线圈 L2的两端 感应出数万伏的高压。 精典示例 例 2 (多选)关于感应圈，下列说法正确的是( ) A.感应圈是利用自感现象来获得高电压的装置 B.在工程中，感应圈可作为大功率高压电源使用 C.煤气灶电子点火装置是利用感应圈产生高电压电火花来完成的 D.感应圈的主要构造包括绕在铁芯上的两个绝缘线

9、圈及继电器等 解析 感应圈是利用自感现象， 通过低压直流电源来获得高电压的装置， A 正确； 受直流电源提供电功率的限制，感应圈不能作为大功率高压电源使用，B 错误； 感应圈的主要构造包括两个绝缘线圈和继电器等，D 正确；煤气灶电子点火装置 是利用感应圈产生的高电压电火花来完成的，C 正确。 答案 ACD 针对训练 2 (多选)关于感应圈的工作原理，下列说法中正确的是( ) A.感应圈接通低压交流电源后，在次级线圈产生数万伏高压 B.感应圈接通低压直流电源后，在次级线圈产生数万伏高压 C.由于次级线圈的电流不断变化，因此在初级线圈产生高压 D.由于初级线圈的电流不断变化，因此在次级线圈产生高压

10、 解析 感应圈接通低压直流电源后，由于磁力的不断变化，而导致初级线圈所在 回路不断接通与断开，从而使初级线圈电流变化，由于自感作用，初级线圈内自 感电动势达数百伏，导致次级线圈两端产生数万伏的高压，故选项 A、C 错误， 选项 B、D 正确。 答案 BD 1.(日光灯的工作原理)(多选)关于日光灯的下列说法正确的是( ) A.启动器触片接通时，镇流器产生瞬时高压 B.工作时，镇流器降压、限流，保证日光灯管正常发光 C.工作时，镇流器使日光灯管的电压稳定在 220 V D.正常工作和不工作时，双金属片的状态相同 解析 启动器接通后再断开时，镇流器产生瞬时高压，而不是接通时产生高压， 故 A 错误

11、；日光灯正常工作时，因交流电通过镇流器产生自感电动势，起降压限 流作用，故 B 正确；保证日光灯管正常工作，此时有电流通过日光灯管，灯管两 端电压小于 220 V，故 C 错误；启动器在启动时，相当于自动开关的作用，启动 后双金属片恢复原状，故 D 正确。 答案 BD 2.(对启动器工作原理的考查)日光灯是最常用的节能照明工具， 它的主要构成有灯 管、镇流器、启动器，启动器的构造如图 4 所示，为了便于日光灯工作，常在启 动器两端并上一个纸质电容器 C，现有一盏日光灯总是出现灯管两端亮而中间不 亮，经检查，灯管是好的，电源电压正常，镇流器无故障，其原因可能是( ) 图 4 A.启动器两脚 A、

12、B 与启动器座接触不良 B.电容器 C 断路 C.电容器 C 击穿而短路 D.镇流器自感系数 L 太大 解析 日光灯管两端亮而中间不亮，说明灯管两端的灯丝处于通电状态，即启动 器接通，但不能自动断开，说明电容器 C 短路了，选项 C 正确。 答案 C 3.(感应圈的工作原理)下列说法正确的是( ) A.感应圈的工作原理是电磁感应现象 B.日光灯和白炽灯一样，都可接在直流电路中正常工作 C.感应圈中的两个线圈的匝数一样多 D.一个标有“220 V，40 W”的日光灯管，用欧姆表测灯管两端，读数约为 1 210 答案 A 4.(感应圈的应用)下列装置中没有利用感应圈的是( ) A.煤气灶电子点火装置 B.汽车发动机点火装置 C.物理、化学实验中的小功率高压电源 D.自动设备中的延时继电器 解析 煤气灶电子点火装置和汽车发动机点火装置都是利用感应圈产生的高压电 火花来完成点火工作的，物理、化学实验中的小功率电源是利用感应圈通过低压 直流电源获得高电压，A、B、C 正确；延时继电器是利用线圈的电磁感应来正常 工作的，没有用到感应圈，D 错误。 答案 D