2.3自感现象的应用 学案

第4讲　自感现象的应用
[目标定位]　1.知道日光灯的组成和电路图.2.知道日光灯的主要元件及作用.3.知道感应圈是利用自感现象由低压直流电源获得高电压的．
一、日光灯与镇流器
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
自感系数大的线圈
启动时形成瞬时高压，工作时降压限流
二、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两端接在放电器上的次级线圈构成．
3．用途
在物理、化学实验室里可以做小功率高压电源，在汽车、煤气灶点火装置中产生高压电火花完成点火工作．
三、自感的其他应用及危害
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.
一、日光灯的发光原理
日光灯工作分三个阶段：
1．开关闭合后，启动器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，U形片冷却收缩，两个触片分离，电路自动断开．在电路突然断开的瞬间，由于镇流器电流急剧减小，会产生很高的自感电动势，方向与原来的电压方向相同，自感电动势与电源电压加在一起，形成一个瞬时高压，加在灯管两端，使灯管中的气体开始放电，于是日光灯成为电流的通路开始发光．
3．日光灯开始发光时，由于交变电流通过镇流器的线圈，线圈中就会产生自感电动势，它总是阻碍电流的变化，这时镇流器起着降压限流的作用，保证日光灯正常工作．
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(　　)
答案　A
解析　根据日光灯的工作原理，要想使日光灯发光，灯丝需要预热发出电子，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中灯管和电源断开，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，不能使灯管气体导电，选项D错误．
针对训练　如图1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1
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
答案　C
解析　A选项：只接通S1，灯管两端不能产生瞬时高压，日光灯不能点亮，A错误；
B选项：S1和S2接通，S2不断开，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；
C选项：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；
D选项：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．
例2　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2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2
A．启动器两脚A、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
答案　C
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C.
二、感应圈的工作原理
如图3是感应圈的原理图，闭合开关K，低压直流电源接通．开关K和弹簧片DK与初级线圈L1构成回路．此时，铁芯被磁化，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回路再度接通．在这样的反复过程中，L1中产生变化的电流．在通、断的瞬间，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．
图3
例3　关于感应圈下列说法不正确的是(　　)
A．感应圈是利用自感现象来获得高压电的装置
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圈及放电器等
答案　B
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不正确；感应圈的主要构造包括两个绝缘线圈和放电器等，D正确；煤气灶电子点火装置是利用感应圈产生的高压电火花来完成的，C正确.
日光灯的发光原理
1．关于镇流器的作用，下列说法中正确的是(　　)
A．在日光灯点燃时，产生瞬时高压
B．在启动器两触片接触时，产生瞬时高压
C．在日光灯正常发光后，起限流和降压作用
D．在日光灯正常发光后，使日光灯两端电压稳定在220
V
答案　AC
解析　镇流器产生的瞬时高压是断电自感电动势，是由启动器两触片由接触到断开的瞬间产生的，故B错；日光灯正常发光时灯管两端电压只有几十伏，没有220
V，故D错误．
2．如图4所示是日光灯的电路图，日光灯主要由灯管、镇流器、启动器组成．关于日光灯的原理，下列说法不正确的是(　　)
图4
A．日光灯启动，利用了镇流器中线圈的自感现象
B．日光灯正常发光时，镇流器起着降压限流的作用
C．日光灯正常发光后取下启动器，日光灯仍能正常工作
D．日光灯正常发光后取下启动器，日光灯不能正常工作
答案　D
解析　由日光灯的工作原理，容易判断出A、B、C是正确的．启动器只有在启动的时候有作用，正常发光后，就不再工作．事实上，老化或劣质的启动器会造成日光灯反复启动，当发光后取下启动器反而能确保日光灯正常工作．
感应圈的工作原理
3．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
Ω
答案　A
4．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
答案　D
解析　煤气灶电子点火装置，汽车发电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．