2.3 自感现象的应用 教案 (1)

2.3
自感现象的应用
教案
【教材分析】
自感现象是一种特殊的电磁感应现象，教材通过实验探究，使学生明白自感现象的规律都符合电磁感应现象的一般规律，导体本身的电流变化，引起磁通量变化，这是产生自感现象的原因；而根据楞次定律，自感电动势的作用是阻碍电流变化。
然后教材通过讨论与交流，利用类比，电磁感应产生的感应电动势与磁通量的变化率成正比，那么自感电动势于什么有关？能启迪学生思考，然后通过实验探究，要让学生自己动手，并把实验现象观察结果填写在表格中，从而引出自感系数。
日光灯是常用的设备，课本先介绍了日光灯的结构和发光特点，然后通过“观察与思考”栏目，让学生搞清楚日光灯的工作原理，并总结镇流器所起的作用。并在书末简单提出了电子镇流器及新型灯具，引导学生进一步收集资料、自行探究。
【教学目标】
1.知识与技能
（1）知道什么是自感现象和自感电动势。
（2）知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量。
（3）知道影响自感系数的因素。
（4）知道日光灯的基本原理和结构。
2.过程与方法
（1）观察自感现象，认识实验在物理学研究中的作用。
（2）通过自感电动势大小的探究，加深对控制变量法的认识。
（3）经过日光灯工作原理的探究过程，尝试用科学探究方法研究物理问题。
3.情感态度与价值观
（1）通过自感现象与决定自感电动势大小的因素的探究活动，培养学生参与科学探究活动的热情和实事求是的科学态度。
（2）了解自感现象的实际应用，体会物理学对经济、社会发展的推动作用。
【教学重、难点】
1.
教学重点：由现象入手，分析产生现象的原因，找出基本规律，将所学的知识、规律应用到实际问题中。
2.
教学难点：分析自感现象产生的原因及日光灯原理。
【教具】
启动器、镇流器、自感现象演示仪
【教学过程】
一、引入新课
1.引
入
（1）发生电磁感应现象、产生感应电动势的条件是什么？怎样得到这种条件？
（2）如果通过线圈本身的电流有变化，使它里面的磁通量改变，能不能产生电动势？
▲
学生猜想
二、新课教学
2.演示实验：
（1）用图1电路作演示实验．
L1和L2是规格相同的两个灯泡.合上开关
，调节R1，使L1和L2亮度相同，再调节R2
，使L1和L2正常发光逐渐变亮，然后打开
.再合上开关
的瞬间，问同学们看到了什么 （实验要反复几次）
●实验现象：L1逐渐变亮，且最后亮度与L2相同。
●原
因：当通过螺线管的电流增加时，螺线管中的磁通量也增加，产生感应电动势，阻碍原电流的增加，从而是灯泡逐渐变亮。
（2）用图2电路作演示实验．
合上开关S
，调节
使
正常发光.打开S
的瞬间，问同学们看到了什么？(实验要反复几次)
●实验现象：灯泡A逐渐变暗，最后熄灭。
●原
因：当通过螺线管的电流减少时，螺线管中的磁通量也减少，产生感应电动势，阻碍原电流的减少，从而是灯泡逐渐变暗。
★启发讲解：
当通过螺线管中电流变化时，螺线管中的磁通量也发生变化，从而可以产生感应电动势和感应电流，这也是一种电磁感应现象，但这种电磁感应现象与我们前面学过的电磁感应现象有所不同，这种电磁感应现象的产生是由于通过线圈自身的电流变化引起磁通量的变化．这种现象就称为自感现象．
3.自感现象
●自感现象
：由于通过线圈自身的电流发生变化产生电磁感应现象。
●自感电动势：在自感现象中产生的感应电动势。
11111111111111自感电动势的方向总是阻碍原来电流的变化。
●原
因：线圈自身的电流变化，引起磁通量发生变化。
★小结讲解
阻碍的含义：当通过螺线管中原来的电流I增大时，螺线管中产生的自感电动势阻碍I
变大；当通过螺线管中原来的电流I减小时，螺线管中产生的自感电动阻碍I减小.
★实例分析
图1中，合上开关K，L中电流从零开始增大，方向从左到右，L中产生的自感电动势阻碍电流增大，其方向与原电流方向相反（从右到左），因而灯泡逐渐变亮。
图2中，断开开关K，L中原来从左到右的电流减小，L中产生的自感电动势阻碍电流减小，自感电流与原电流方向相同（从左到右），而灯泡中的电流方向从右到左。
★问
题
自感电动势的大小与哪些因素有关？
【引导回答】自感电动势与感应电动势一样，跟穿过线圈的磁通量变化的快慢有关系，线圈的磁场是由电流产生的，所以穿过线圈的磁通量变化的快慢跟电流变化快慢有关系。那么是否还存在其他因素影响自感电动势的大小？
4.自感系数
（1）用图2电路作演示实验．
实验过程
操
作
现
象
线圈未加铁心时，观察电路接通后再打开S的瞬间，灯泡亮度的变化情况。
线圈加入铁心时，观察电路接通后再打开S的瞬间，灯泡亮度的变化情况。
实验结论
自感电动势的大小与线圈本身的特性有关。
（2）自感系数
●自感系数：描述通电线圈自身特性的物理量，简称自感或电感。
●决定自感系数的因素：线圈的形状、长短、匝数、线圈中是否有铁芯．线圈越粗,越长,
匝数越密,它的自感系数就越大,另外有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多.
●单
位：亨利，简称亨（H）——如果通电线圈的电流在1秒内改变1安时产生的自
感电动势是1伏，这个线圈的自感系数就是1亨．


5.日光灯
（1）日光灯结构
●
灯
管
日光灯管两端各有一灯丝，灯管内充有微量的氩和稀薄的汞蒸气，灯管内壁上涂有荧光粉，两个灯丝之间的气体导电时发出紫外线，使荧光粉发出柔和的可见光。
●
启动器
启动器在电路中起开关作用，它由一个氖气放电管与一个电容并联而成，放电管中一个电极用双金属片组成，利用氖泡放电加热，使双金属片在开闭时，引起电感镇流器电流突变并产生高压脉冲加到灯管两端。电容的作用为消除对电源的电磁的干扰并与镇流器形成振荡回路，增加启动脉冲电压幅度。
镇流器
电感镇流器是一个铁芯电感线圈，电感的性质是当线圈中的电流发生变化时，则在线圈中将引起磁通的变化，从而产生感应电动势。日光灯正常发光后镇流器起降压限流的作用。
（2）工作原理
●
预
热
当开关接通的时候，电源电压立即通过镇流器和灯管灯丝加到启动器的两极。220伏的电压立即使启动器的惰性气体电离，产生辉光放电。辉光放电的热量使双金属片受热膨胀，两极接触。电流通过镇流器、启动器触极和两端灯丝构成通路。灯丝很快被电流加热，发射出大量电子。
启
动
由于启动器两极闭合，两极间电压为零，辉光放电消失，管内温度降低；双金属片自动复位，两极断开。在两极断开的瞬间，电路电流突然切断，镇流器产生很大的自感电动势，与电源电压叠加后作用于管两端。灯丝受热时发射出来的大量电子，在灯管两端高电压作用下，以极大的速度由低电势端向高电势端运动。在加速运动的过程中，碰撞管内氩气分子，使之迅速电离。氩气电离生热，热量使水银产生蒸气，随之水银蒸气也被电离，并发出强烈的紫外线。在紫外线的激发下，管壁内的荧光粉发出近乎白色的可见光。
（3）新型日光灯
三、小
结
●
自感现象产生的原因--由于通过导体本身电流的变化；自感电动势的作用--阻碍导体中原来电流的变化。
●
自感系数的决定因素和单位。
●
日光灯的结构和工作原理。
四、课堂练习
1、在如图所示的电路（a）、（b）中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小．接通K，使电路达到稳定，灯泡S发光．（A、D）
（A）在电路（a）中，断开K，S将渐渐变暗．
（B）在电路（a）中，一断开K，S将先变得更亮，然后渐渐变暗．
（C）在电路（b）中，断开K，S将渐渐变暗．
（D）在电路（b）中，断开K，S将先变得更亮，然后渐渐变暗．
2、在如图所示的电路中，S1和S2是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其直流电阻值与R相等．在电键S接通和断开时，灯泡S1和S2亮暗的顺序是（A）
（A）接通时，S1先达到最亮，断开时，S1后暗
（B）接通时，S2先达到最亮，断开时，S2后暗
（C）接通时，S1先达到最亮，断开时，S1先暗
（D）接通时，S2先达到最亮，断开时，S2先暗
分析与解答：从等效的观点看，在S接通时，相当于L表现为很大的电阻，故S1先达到最亮．选项A正确．
3、如图所示，多匝线圈L的电阻和电源内阻都很小，可忽略不计，电路中两个电阻器的电阻均为R，开始时电键S断开．此时电路中电流强度为I0，现将电键S闭合、线圈L中有自感电动势产生，下列说法中正确的是（D）
（A）由于自感电动势有阻碍电流的作用，电路中电流最终由I0减小到零．
（B）由于自感电动势有阻碍电流的作用，电路中电流最终总小于I0．
（C）由于自感电动势有阻碍电流的作用，电路中电流将保持I0不变．
（D）自感电动势有阻碍电流增大的作用，但电路中电流最终还要增大到2
I0
4、右图中a、b灯分别标有“36V
40W”和“36V
25W”，闭合电键调节，能使a、b都正常发光．断开电键后重做实验：电键闭合后看到的现象是什么？稳定后那只灯较亮？再断开电键，又将看到什么现象？
分析：闭合瞬间，
a将慢慢亮起来，b立即变亮．稳定后两灯都正常发光，a的功率大，较亮．这时的作用相当于一只普通的电阻（就是该线圈的内阻）；断开瞬间，通过a的电流将逐渐减小，a渐渐变暗到熄灭，而ab组成同一个闭合回路，所以b灯也将逐渐变暗到熄灭，而且开始还会闪亮一下，这时相当于一个电源．
L1
L1
L2
R1
L
A
S
R
图
2
L
A
S
R
图
2
启动时电流路径
启动后电流路径