第3节 自感现象的应用
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.知道普通日光灯的组成及电路图，知道日光灯在点亮和正常发光时对电压、电流的不同要求．
2．知道启动器、镇流器的构造和作用．(重点、难点)
3．了解感应圈的工作过程及应用.
日 光 灯 与 镇 流 器
[先填空]
1．日光灯的构造及电路图
完整的日光灯电路包括日光灯管、镇流器、启动器、开关等主要部件．其电路如图2－3－1所示．
图2－3－1
2．日光灯的主要元件的构造及作用
启动器、灯管、镇流器的比较
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
[再判断]
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．(×)
[后思考]
日光灯灯管两端的电极是相通的吗？
【提示】 不是．灯管两端有电极，中间有水银蒸气．
[合作探讨]
在如图2－3－2所示的日光灯原理图中：
图2－3－2
探讨1：开关刚合上时，220 V电压加在什么元件上？
【提示】 启动器
探讨2：镇流器在日光灯点燃瞬间的作用是什么？
【提示】 提供瞬间高压
[核心点击]
日光灯工作的三个阶段
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．
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( )
【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、右两端分别被短接，无法预热放出电子，不能使灯管气体导电，选项D错误．只有A项满足发光条件．
【答案】 A
2．(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．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
3．(多选)启动器由电容器和氖管两大部分组成，其中氖管中充有氖气，内部有静触片和U形动触片．通常动、静触片不接触，有一个小缝隙，则下列说法中正确的是( )
A．当电源的电压加在启动器两极时，氖气放电并产生热量，导致U形动触片受热膨胀
B．当电源的电压加在启动器两极后，启动器的两个触片才接触，使电路有电流通过
C．电源的电压加在启动器两极前，启动器的两个触片就接触着，电路就已经有电流通过
D．当电路接通后，两个触片冷却，两个触片重新分离
【解析】 依据日光灯的工作原理可知，电源把电压加在启动器的两极之间，使氖气放电而发出辉光，辉光产生热量使U形动触片膨胀伸长，跟静触片接触把电路接通．电路接通后，启动器的氖气停止放电，U形动触片冷却收缩，两个触片分开，电路自动断开．
【答案】 ABD
镇流器的作用
日光灯管在启动时需要500～700 V的瞬时高压，这个高压是由镇流器产生的自感电动势与电源电压叠加后产生的．当灯管正常发光后，它的电阻变得很小，允许通过较小的电流，需要加在它两端的电压变小，镇流器这时又起到给灯管降压限流的作用．
感 应 圈、 自 感 现 象 的 其 他 应 用
[先填空]
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、煤气灶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
(1)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．
[再判断]
1．感应圈可以利用低电压获得高电压．(√)
2．感应圈可以利用低功率获得高功率．(×)
[后思考]
在加油站附近为什么要禁止用手机接打电话？
【提示】 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，引起危险．
[合作探讨]
在进行电焊时，焊条和金属工件被熔化，那么点火电压一定很高吗？
【提示】 在电焊时，电弧的电流可达几十至几百安，电弧中心的气体温度可达6 000 ℃，焊条熔液的温度约为2 000 ℃.焊条和金属工件的电阻很小，所以电焊所用的电压并不是很高，点火电压约70 V，维持电弧的电压约25 V.
[核心点击]
感应圈工作原理
如图2－3－3所示，是感应圈的原理图，闭合开关S，低压直流电源接通．开关S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回路再次接通．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2－3－3
4．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不正确．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】 B
5．(多选)下列属于自感现象的是( )
A．电焊机在进行电焊时，产生电弧火花
B．拔下家用电器的电源插头看到电火花
C．大型电动机断开开关产生电弧火花
D．用高频交流电焊接自行车零件
【解析】 用高频交流电焊接自行车零件是涡流的典型应用，故D不符合题意．
【答案】 ABC
感应圈用途
可以用于低气压放电管、阴极射线管、X射线管、光谱管实验；还可以用来演示空气中的火花放电现象、液体及固体介质的电击穿现象以及在空气中获得臭氧等．另外，汽车发动机点火装置、煤气灶电子点火装置等，都是利用感应圈产生的高压电火花来完成点火工作的．
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
图1
1．构造
日光灯的电路如图1所示，由日光灯管、镇流器、开关等组成．
2．启动前
管内气体未导通，启动器动触片与静触片处于分离状态．
3．日光灯的启动
当开关闭合时，电源把电压加在启动器的两电极之间，使氖气放电而发出辉光，辉光产生的热量使U形动触片膨胀伸长与静触片接触，从而接通电路，于是镇流器的线圈和灯管的灯丝中就有电流通过；电路接通后，启动器中的氖气停止放电，U形动触片冷却收缩，两个触片分离，电路自动断开，流过镇流器的电流迅速减小，镇流器线圈中会产生很高的自感电动势，方向与原来电压方向相同，与电源电压一起形成瞬时高压加在灯管两端，使灯管中的气体开始放电，于是日光灯管成为电流的通路开始发光．启动器相当于一个自动开关．日光灯正常工作后处于断开状态，启动器损坏的情况下可将连接启动器的两个线头作一个短暂接触也可把日光灯启动．启动时电流流经途径是镇流器、启动器、灯丝，启动后电流流经途径是镇流器、灯丝、日光灯管．
图2
4．日光灯正常工作时镇流器的作用
由于日光灯使用的是交流电源，电流的大小和方向做周期性变化．当交流电的大小增大时，镇流器上的自感电动势阻碍原电流增大，自感电动势与原电压反向；当交流电的大小减小时，镇流器上的自感电动势阻碍原电流减小，自感电动势与原电压同向．可见镇流器的自感电动势总是阻碍电流的变化，正常工作时镇流器就起着降压、限流的作用．
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3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3
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220V，灯管将被烧坏，D错误．
例2 启动器是由电容和氖管两大部分组成，其中氖管中充有氖气，内部有静触片和U形动触片．通常动、静触片不接触，有一个小缝隙，则下列说法中正确的是( )
A．当电源的电压加在启动器两极时，氖气放电并产生热量，导致U形动触片受热膨胀
B．当电源的电压加在启动器两极后，启动器的两个触片才接触，使电路有电流通过
C．电源的电压加在启动器两极前，启动器的两个触片就接触着，电路就已经有电流通过
D．当电路通电后，两个触片冷却，两个触片重新分离
答案 ABD
解析 依据日光灯的工作原理可知，电源把电压加在启动器的两极之间，使氖气放电而发出辉光．辉光产生热量使U形动触片膨胀伸长，跟静触片接触把电路接通．电路接通后，启动器的氖气停止放电，U形动触片冷却收缩，两个触片分开，电路自动断开．
二、感应圈的工作原理
如图4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4
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．关于日光灯电路的连接，下列说法正确的是( )
A．启动器与灯管并联 B．镇流器与灯管串联
C．启动器与镇流器并联 D．启动器相当于开关
答案 ABD
解析 根据日光灯工作原理知，启动器与灯管并联、镇流器与灯管串联，启动器的动触片和静触片短暂接通后断开，镇流器向灯管提供瞬时高压．所以，启动器仅起到了开关作用，A、B、D对，C错．
2．在日光灯电路中接有启动器、镇流器和日光灯管，下列说法中正确的是( )
A．日光灯点燃后，镇流器、启动器都不起作用
B．镇流器在点燃灯管时产生瞬时高压，点燃后起降压限流作用
C．日光灯点亮后，启动器不再起作用，可以将启动器去掉
D．日光灯点亮后，使镇流器短路，日光灯仍能正常发光，并能降低对电能的消耗
答案 BC
解析 日光灯工作时都要经过预热、启动和正常工作三个不同的阶段，它们的工作电流通路如下图所示：
在启动阶段镇流器与启动器配合产生瞬间高压．工作后，电流由灯管经镇流器，不再流过启动器，故启动后启动器不再工作，而镇流器还要起降压限流作用，不能去掉，故选B、C.
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“220V,40W”的日光灯管，用欧姆表测灯管两端，读数约为1210Ω
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．
课件28张PPT。学业分层测评知识点一知识点二
第3节 自感现象的应用日 光 灯 与 镇 流 器镇流器 动触片 断开 汞蒸气 荧光物质 瞬时高压 降压限流 × √ × 感 应 圈、 自 感 现 象 的 其 他 应 用低压直流 初级线圈 次级线圈 小功率高压 高压 电弧火花 √ ×
