高中物理第2章楞次定律和自感现象3自感现象的应用课件鲁科版选修3_2-47张

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第3节　
自感现象的应用
一、日光灯与镇流器
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、_______、_______、开关等主要部件。其电路
如图所示。
镇流器
启动器
2.启动器、灯管、镇流器的比较:
断开
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_____
荧光
物质
瞬时高压
降压限流
构造、作用
元件名称
构造
原理、作用
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_____
_____发光
镇流器
自感系数很大的线圈
启动时形成_________,
工作时_________
二、感应圈
1.工作原理:利用自感现象用_________电源来获得高
电压。
2.结构:主要由直接绕在铁芯上的_________和接在放
电器上的_________构成。
3.用途:在物理、化学实验室里可以作为___________
电源,在汽车、煤气灶点火装置中产生___________完
成点火工作。
低压直流
初级线圈
次级线圈
小功率高压
高压电火花
三、自感现象的其他应用
1.其他应用:
(1)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_________来发射电磁波。
(2)在收音机和电视机中,同样也用_________来接收电
磁波。
振荡电路
振荡电路
(3)电焊机也利用了自感现象,使焊条与工件之间的空
隙产生_________,使工件局部熔化。
2.危害:在电路中,开关断开时产生_________,烧坏开
关或造成安全隐患。
电弧火花
电弧火花
【思考辨析】
(1)日光灯使用的是直流电。
(　　)
(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。
(　　)
(4)日光灯工作时,镇流器使日光灯管的电压稳定在
220
V。
(　　)
(5)日光灯正常工作和不工作时,双金属片的状态相同。
(　　)
(6)感应圈可以利用低电压获得高电压。
(　　)
(7)感应圈可以利用低功率获得高功率。
(　　)
提示:(1)×。日光灯使用的是交变电流。
(2)√。日光灯正常发光后,启动器处于断路状态,就不起什么作用了。
(3)×。镇流器在启动时产生瞬间高压,正常发光时起到降压作用。
(4)×。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。
(5)√。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。
(6)√。感应圈是利用自感现象来达到低电压获得高电压的。
(7)×。感应圈可以做小功率高压电源,但不是说利用低功率获得高功率。
一　日光灯的工作原理
【典例】(2019·福州高二检测)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
(　　)
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
【解析】选C。若启动器两脚A、B与启动器座接触不良,日光灯管不会亮,A错;若电容器C断路,日光灯管也不会亮,B错;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;镇流器自感系数L太大,产生的自感电动势太大,只能把日光灯管烧坏,D错。
【核心归纳】
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。
【过关训练】
1.(多选)(2019·南平高二检测)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
【解析】选A、C。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.关于日光灯的发光实质,下列说法中正确的有
(　　)
A.是由于灯管两端的灯丝在炽热状态下发光,后经灯管壁多次反射和透射传到周围空间
B.是在镇流器的高电压作用下,灯管内气体被电离成为导体,形成大电流,使气体处于炽热状态而发光
C.日光灯发出的其实就是紫外线
D.日光灯发出的光,实质上是紫外线激发荧光物质发光
【解析】选D。日光灯发光的本质,是灯丝发射的电子与汞原子碰撞而放出紫外线,紫外线照射灯管内壁的荧光物质而发光。
3.
(多选)如图为日光灯电路,关于该电路,以下说法中正确的是
(　　)
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】选A、B。日光灯中镇流器的作用是当启动器断开的瞬间产生瞬时高压,击穿灯管中的稀薄气体导电,而启动后自感电动势会使灯管两端的电压低于电源电压,故A、B均正确;灯管导通后,启动器断开,日光灯只能用交流电源供电,故C、D均错。
【补偿训练】
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】选A。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。
二　感应圈的工作原理
【典例】(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
【解析】选A、C、D。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。
【核心归纳】
(1)如图是感应圈的原理图。闭合电键K,
低压直流电源接通。电键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回路再次接通。在这样的反复过程中,L1中产生
变化的电流。
(2)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。
【易错提醒】　
感应圈虽然能在次级线圈上产生很高的电压,但由于功率很小,因此允许通过的电流很小。
【过关训练】
1.(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
【解析】选B、D。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。
2.在无线电技术中,常有这样的要求,有两个线圈,要使一个线圈中有电流变化时对另一个线圈几乎没有影响,在如图电路中它们的安装符合要求的是
(　　)
【解析】选D。根据螺线管通电后的磁感线的分布情况以及螺线管的排列位置,可知选项A、B、C中都会出现互感,只有选项D中可以消除互感的影响。选项D符合题意。
3.(多选)如图所示,下列关于感应圈的说法中正确的是
(　　)
A.感应圈接低压直流电源时,在次级线圈L2中产生数万伏高压
B.感应圈接低压交流电源时,在次级线圈L2中产生数万伏高压
C.图中电容器C的作用是在断续器断路时避免产生电火花
D.图中电容器C的作用是避免初级线圈L1出现断路
【解析】选A、C。接低压直流电源时,DK、L1和低压直
流电源构成闭合回路,电流通过L1,铁芯被磁化,吸引断
续器簧片DK,使L1断路,瞬时无电流通过,铁芯磁性消失,
簧片DK返回,L1回路再次接通,在这样的反复过程中,L1
中产生断续的电流,在通、断电的瞬间,铁芯的磁通量
随之变化。L1中产生的自感电动势会增到数百伏,而次
级线圈L2的匝数约为初级线圈L1匝数的百倍,这样L2中会产生数万伏的高压,若接低压交流电源,铁芯中无法产生稳定的磁场,不能产生高压,与断续器并联的电容器的作用是避免断续器断电时产生电火花,故选项A、C正确。
【补偿训练】
下列装置中没有利用感应圈的是
(　　)
A.物理化学实验中的小功率高压电源
B.空气中的火花放电演示器
C.在空气中获得臭氧装置
D.自动设备中的延时继电器
【解析】选D。物理化学实验中的小功率高压电源、空气中的火花放电演示器,在空气中获得臭氧装置都是利用感应圈通过低压直流电源来获得高电压的,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,故选D。
【拓展例题】考查内容:日光灯的电路设计
【典例】大型会议室或大客厅中经常用双灯管日光灯,请你根据所学知识设计一个电路,它由一个镇流器、一个启动器、两个灯管组成,保证两个灯管都能正常发光。
【正确解答】电路如图所示
答案:见正确解答