1.5 自感現(xiàn)象與日光燈 第1章 電磁感應(yīng)與現(xiàn)代生活 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(dòng)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. 內(nèi)容索引 知識探究 新知探究 點(diǎn)點(diǎn)落實(shí) 達(dá)標(biāo)檢測 當(dāng)堂檢測 鞏固反饋 知識探究 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. 一、日光燈電路 答案 圖1 答案答案 (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(shí)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(shí)，鎮(zhèn)流器起降壓限流作用，保證日光燈正常工作. 要點(diǎn)總結(jié)要點(diǎn)總結(jié) 1.日光燈電路包括日光燈管、 、 、開關(guān)、導(dǎo)線等. 2.起輝器的作用為 . 3.鎮(zhèn)流器是一個(gè)帶鐵心的多匝線圈，在啟動(dòng)時(shí)提供 ，點(diǎn)燃燈 管之后起到 的作用. 鎮(zhèn)流器 起輝器 自動(dòng)開關(guān) 瞬時(shí)高壓 降壓限流 例例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(gè)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 解析 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？ 二、自感現(xiàn)象 圖3 答案答案 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(shí)，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(dòng)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(shí)間. 答案 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). (1)開關(guān)斷開前后，流過燈泡的電流方向各怎樣？ 圖4 答案答案 S閉合時(shí)，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. 答案 (2)在斷開過程中，有時(shí)燈泡閃亮一下再熄滅，有時(shí)燈泡只會(huì)緩慢變暗直至熄滅，請分析上述兩種現(xiàn)象的原因是什么？ 答案答案 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(shí)，燈泡只會(huì)延遲一段時(shí)間再熄滅. 答案 要點(diǎn)總結(jié)要點(diǎn)總結(jié) 1.自感現(xiàn)象：由于通過 的的電流發(fā)生變化時(shí)，在線圈中引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象. 2.自感電動(dòng)勢： 中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢. 3.當(dāng)線圈中的電流增大時(shí)，自感電動(dòng)勢的方向與原電流方向 ；當(dāng)線圈中電流減小時(shí)，自感電動(dòng)勢的方向與原電流方向 . 4.自感電動(dòng)勢總是 線圈中電流的變化，但不能 線圈中電流的 變化. 導(dǎo)體本身 自感現(xiàn)象 相反 相同 阻礙 阻止 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(dòng)勢 電流的增加，與線圈串聯(lián)的燈泡在通電后會(huì)逐漸變亮，直到穩(wěn)定.通電瞬間自感線圈處相當(dāng)于 ，電流穩(wěn)定時(shí)自感線圈相當(dāng)于 . (2)斷電時(shí)自感線圈處相當(dāng)于電源，若斷電前，自感線圈電流大小IL_ 燈泡的電流IA則燈會(huì)閃亮一下再熄滅；若斷電前自感線圈中的電流IL 燈泡中的電流IA則燈泡不會(huì)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. 阻礙 斷路 導(dǎo)體 大于 小于或等于 典型例題典型例題 例例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(jì)，LA、LB是兩個(gè)相同的燈泡，且在下列實(shí)驗(yàn)中不會(huì)燒毀，電阻R2阻值約等于R1的兩倍，則 A.閉合開關(guān)S時(shí)，LA、LB同時(shí)達(dá)到最亮，且LB更亮一些 B.閉合開關(guān)S時(shí)，LA、LB均慢慢亮起來，且LA更亮一些 C.斷開開關(guān)S時(shí)，LA慢慢熄滅，LB馬上熄滅 D.斷開開關(guān)S時(shí)，LA慢慢熄滅，LB閃亮后才慢慢熄滅 圖5 答案 解析 總結(jié)提升總結(jié)提升 1.分析通電自感需抓住三點(diǎn)：(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(shí)自感線圈相當(dāng)于導(dǎo)體. 2.斷電自感時(shí)，由于自感電動(dòng)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(huì)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(huì)閃亮一下，而是逐漸變暗. 例例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(shí)間t變化關(guān)系的圖像是 圖6 答案 解析 1.自感電動(dòng)勢的大小跟線圈內(nèi) 和線圈本身的自感特性有關(guān). 2.自感電動(dòng)勢E的表達(dá)式：_.其中L是自感系數(shù)，簡稱電感，單位： ，符號： .1 mH H；1 H H. 3.決定因素：與線圈的大小、形狀、 ，以及是否有 等因素有關(guān)，與E、I、t等無關(guān). 三、自感電動(dòng)勢的大小 磁通量變化率 ELIt 亨利 H 103 106 匝數(shù) 鐵心 例例4 關(guān)于線圈中自感電動(dòng)勢的大小，下列說法中正確的是 A.電感一定時(shí)，電流變化越大，自感電動(dòng)勢越大 B.電感一定時(shí)，電流變化越快，自感電動(dòng)勢越大 C.通過線圈的電流為零的瞬間，自感電動(dòng)勢為零 D.通過線圈的電流為最大值的瞬間，自感電動(dòng)勢最大 答案 解析 解析解析 電感一定時(shí)，電流變化越快，It越大，由 ELIt知，自感電動(dòng)勢越大，A 錯(cuò)，B 對； 線圈中電流為零時(shí)，電流的變化率不一定為零，自感電動(dòng)勢不一定為零，故C錯(cuò)； 當(dāng)通過線圈的電流最大時(shí)，若電流的變化率為零，自感電動(dòng)勢為零，故D錯(cuò). 達(dá)標(biāo)檢測 1.(對自感現(xiàn)象的理解對自感現(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(shí)，線圈產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢也越大 C.對于同一線圈，當(dāng)電流變化越快時(shí)，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(shí)，線圈中的自感電動(dòng)勢也越大 答案 解析 1 2 3 4 2.(自感現(xiàn)象的分析自感現(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 答案 圖7 1 2 3 4 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) 3.(對日光燈電路的分析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(dòng)開關(guān)作用 B.正常使用時(shí)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(shí)，把起輝器取走，日光燈仍能正常發(fā)光 答案 1 2 3 4 解析 4.(自感現(xiàn)象的圖像問題自感現(xiàn)象的圖像問題)在如圖8所示的電路中，兩個(gè)相同的小燈泡L1和L2分別串聯(lián)一個(gè)帶鐵心的電感線圈L和一個(gè)滑動(dòng)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(shí)流過兩個(gè)燈泡的電流均為I.然后，斷開S.若t時(shí)刻再閉合S，則在t前后的一小段時(shí)間內(nèi)，能正確反映流過L1的電流i1、流過L2的電流i2隨時(shí)間t變化的圖像是 1 2 3 4 圖8 答案 解析