高二物理自感的應(yīng)用與防止

1、高二物理自感的應(yīng)用與防止學(xué)習(xí)目標(biāo).理解自感現(xiàn)象及其在實(shí)際中的應(yīng)用，了解自感電動(dòng)勢(shì)的概念和自感系數(shù)的物理意義. 了解日光燈電路及鎮(zhèn)流器的作用 主要內(nèi)容一.自感現(xiàn)象.自感由于線圈本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象.自感電動(dòng)勢(shì)在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。其作用為總是阻礙線圈中原來(lái)電流的變化如圖，線圈中有電流，周?chē)痛嬖诖艌?chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)的磁感線有一部分要穿過(guò)線圈。當(dāng)滑片P向右滑動(dòng)時(shí)，電阻 RT ,線圈中電流I J ,則磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 BJ ,磁通量J ,則線 圈將發(fā)生電磁感應(yīng)，產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是由線圈自身電流的變化而引起的，其方向與原電流方向相同.通電自感演示：先調(diào)節(jié)電阻 R的阻值使A1、A2亮度

2、相同，然后突然閉合 K,可觀察到A2立即發(fā)光，而A1是逐漸亮起來(lái)的。原因:(1)如果沒(méi)有線圈，則 A1、A2應(yīng)同時(shí)亮(2)不同時(shí)亮，只能是由電感線圈引起(3)當(dāng)電鍵K閉合時(shí)，線圈中電流由零逐漸增大，穿過(guò)線圈的磁通量增加，在線圈中自感出一個(gè)自感電動(dòng)勢(shì)。因?yàn)榇磐吭黾?，所以自感電?dòng)勢(shì)將阻礙線圈中電流的增加，方向與電流方向相反，燈 A1上的電流由于受到阻礙只能逐漸增加。(4)A1中電流R (1 -序),LR比值越大，則電流i增大到R的時(shí)間越長(zhǎng), .L越大，R越小，效果越好。4.斷電自感如圖所示的電路中。當(dāng)電鍵 K閉合時(shí)，燈A發(fā)光。突然斷開(kāi) K,觀察到A要過(guò)一會(huì)兒才 熄滅。原因：(1)電鍵K 一斷開(kāi)，

3、電路中電流迅速減小到0,穿過(guò)線圈的磁通量迅速減小。線圈中產(chǎn)生一個(gè)自感電動(dòng)勢(shì)， 方向與原電流方向相同，阻礙回路中電流的減小，這時(shí)它相當(dāng)于一個(gè)電源與燈A構(gòu)成一個(gè)閉合回路，繼續(xù)給 A供電。(2)原來(lái)電路閉合處于穩(wěn)定狀態(tài)，L與A并聯(lián)，其電流分別為IL與IA ,方向都是從左到右。在斷開(kāi)K的瞬間，燈A中原來(lái)從左到右的電流 IA立即消失。但是燈 A與線圈L構(gòu)成一 閉合回路，由于L的自感作用，其中的電流不會(huì)立即消失，而是在回路中逐漸減弱維持短暫的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間內(nèi)燈 A中有從右到左的電流通過(guò)。這時(shí)通過(guò)A的電流是從IL開(kāi)始減弱。如果原來(lái)IL IA ,則在燈A熄滅之前要閃亮一下；如果原來(lái)IL IA ,則燈A是逐漸熄

4、滅不再閃亮。原來(lái)的電流IL和IA哪一個(gè)大，要由 L的直流電阻和 A的電阻R的大小來(lái)決定。如果 RL 2RA 則 IL ，A;如果 RL IA 。(3)A中電流iR = i0 e L , i0為穩(wěn)定時(shí)流過(guò) L的電流。若 RL RL效果越好.二.自感電動(dòng)勢(shì)嶼n 由法拉第電磁感應(yīng)定律 e = Al ,線圈的面積S不變，磁通量F 8 B,而線圈中B 0c I F 0c I岫 G 杷 1KM T AI一 e = 二. =，:=.大?。号c回路中電流的變化率成正比。.表達(dá)式：e = L. L：自感系數(shù)，由線圈本身的特性決定，由線圈本身的長(zhǎng)短、橫截面積、匝數(shù)以及有無(wú)鐵芯來(lái)決定。單位：亨利(H) 1H = 1V

5、/(A/s) = 1V s/A,若1s內(nèi)電流變化1A,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為1V,則此線圈的自感系數(shù)為1H。日光燈.構(gòu)造：由燈管、鎮(zhèn)流器和啟動(dòng)器組成，啟動(dòng)器與燈管并聯(lián)，之后與鎮(zhèn)流器串聯(lián)(1)鎮(zhèn)流器：一個(gè)帶有鐵芯的線圈，當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻 礙其電流的變化(2)啟動(dòng)器：也叫起輝器，憋火，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)(3)燈管：激發(fā)水銀蒸氣，發(fā)出紫外線，使涂在管壁上的熒光粉發(fā)出柔和的白光.鎮(zhèn)流器的作用啟動(dòng)器中充滿窟氣，里面有兩個(gè)電極和一個(gè)靜觸片、一個(gè)動(dòng)觸片。(1)當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電源220V將電壓加在兩電極之間， 此電壓不足以使燈管發(fā)光，但可以使起輝器中的速氣放電而發(fā)出輝光，輝光產(chǎn)生的熱量將使動(dòng)觸

6、片膨脹，從而與靜觸片接觸而使電路接通(2)電路接通后，窗氣停止放電，U形片冷卻，二觸片分離，電路自動(dòng)斷開(kāi)，在自動(dòng)斷生開(kāi)的瞬間，鎮(zhèn)流器中的電流I迅速減小到0,磁通量F減小，力較大，線圈中產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)高壓，約700800V,此電壓與電源電壓加在一起，使燈管中的水銀蒸氣受到激發(fā)而 放電，于是日光燈成為電流的通路而發(fā)光。(3)日光燈正常發(fā)光時(shí)， 燈管的電阻很小，所以燈管兩端的電壓很小，不足以擊穿起輝器。同時(shí)燈絲中只允許通過(guò)不大的電流，否則會(huì)燒壞燈管，于是鎮(zhèn)流器產(chǎn)生一個(gè)反電動(dòng)勢(shì)， 使加在燈管兩端的電壓遠(yuǎn)小于電源電壓，降壓限流。一般日光燈可使用 3000小時(shí)以上，但每通斷一次會(huì)影響其壽命，不宜頻繁開(kāi)關(guān)四.

7、自感的應(yīng)用與防止.防止電阻箱中電阻應(yīng)該是標(biāo)準(zhǔn)電阻，不隨外界因素的影響而變化，其材料都是由隨溫度tR - p變化很小的材料制成，其電阻S ,為直流電阻。但當(dāng)電阻中的電流變化時(shí)，線圈發(fā)生自感，產(chǎn)生一個(gè)自感電動(dòng)勢(shì)，相當(dāng)于附加了一個(gè)對(duì)電流的阻礙作用，其電阻將不再標(biāo)準(zhǔn)。為了避免因電流變化而引起的自感，采用雙線繞法，因?yàn)槠渲挟a(chǎn)生的電流的磁場(chǎng)方向相反，線圈中磁通量為零，不再發(fā)生自感。.電磁阻尼用可拆變壓器的 U形鐵芯，裝上線圈(0-400匝)。然后將方柱形的兩塊極掌端面相對(duì)固定在U形鐵芯兩立柱上方，間隔約為 10毫米，并在上邊裝好擺架。不通電時(shí)，先后分別把強(qiáng)、弱阻尼擺片連在擺桿上，使其在極掌間隙中自由擺動(dòng)，

8、可以看到兩擺不僅衰減很慢, 而且衰減速度基本相同。 給線圈通電后，再用兩擺分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)， 可以看到強(qiáng)阻尼擺迅速衰 減至停擺。而弱阻尼擺的衰減就慢得多，對(duì)比效果極為明顯。阻尼擺的阻尼現(xiàn)象是渦流作用的實(shí)例。鋁片在磁場(chǎng)中擺動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生了渦流，渦流在磁場(chǎng)中受力方向與擺動(dòng)方向相反，因而阻礙了它和磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在擺片上開(kāi)斷糟，是為了使渦流回路的截面積變小，電阻增大，產(chǎn)生的渦流強(qiáng)度減弱，故制動(dòng)作用大大減小，擺幅的衰減就比較慢。.電磁驅(qū)動(dòng)在磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)導(dǎo)體一起運(yùn)動(dòng)，這種作用稱(chēng)為“電磁驅(qū)動(dòng)”作用。如圖所示，當(dāng)磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，設(shè)某時(shí)刻磁鐵的 N極處在金屬圓盤(pán)的半徑 Oa處，根據(jù)楞次定律此時(shí)在圓盤(pán)上將產(chǎn) 生如圖

9、所示的渦流，結(jié)果在該半徑處形成由 a流向O處的感應(yīng)電流。該感應(yīng)電流處于旋轉(zhuǎn)磁 場(chǎng)中，將受到磁場(chǎng)的作用力。此力將產(chǎn)生一個(gè)促使金屬圓盤(pán)按磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩。此時(shí)從磁鐵S極處產(chǎn)生的感應(yīng)電流所受的力而產(chǎn)生的力矩， 同樣是促使金屬圓盤(pán)按磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn) 的方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。結(jié)果金屬圓盤(pán)按磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)。 但是如果圓盤(pán)的轉(zhuǎn)速達(dá)到了與 磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速一樣，則兩者的相對(duì)速度為零，感應(yīng)電流便不會(huì)產(chǎn)生，這時(shí)電磁驅(qū)動(dòng)作用便消失。所以在電磁驅(qū)動(dòng)作用下， 金屬圓盤(pán)的轉(zhuǎn)速總要比磁鐵或磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速小，或者說(shuō)兩者的轉(zhuǎn)速總是異步的。感應(yīng)式異步電動(dòng)機(jī)就是根據(jù)這個(gè)原理制成的。電磁驅(qū)動(dòng)作用可用來(lái)制造測(cè)量轉(zhuǎn)速的電表，這類(lèi)轉(zhuǎn)速表常稱(chēng)為磁性式

10、轉(zhuǎn)速表。陶悟轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)怯3R便金原克沿兩方同*動(dòng)例題解析 1.在如圖所示的實(shí)驗(yàn)中，帶鐵芯的、電阻較小的線圈L與燈A并聯(lián)。當(dāng)合上電鍵KB,燈正常發(fā)光，下列說(shuō)法正確的是A .當(dāng)斷開(kāi)K時(shí)，燈A立即熄滅B .當(dāng)斷開(kāi)K時(shí)，燈A突然閃亮后熄滅C.若用阻值與線圈L相同的電阻取代L接入電路，當(dāng)斷開(kāi) K,夕T A立即熄滅D.若用阻值與線圈L相同的電阻取代L接入電路，當(dāng)斷開(kāi) K時(shí)，燈A突然閃亮后熄滅解析：電鍵K一斷開(kāi)，電路中電流迅速減小，穿過(guò)線圈的磁通量減小。線圈中產(chǎn)生一個(gè)自感電動(dòng)勢(shì)，方向與原電流方向相同，阻礙回路中電流的減小。這時(shí)它相當(dāng)于一個(gè)電源與燈 A構(gòu)成一個(gè)閉合回路，繼續(xù)給 A供電。原來(lái)電路閉合處于穩(wěn)定狀態(tài)，L與A并聯(lián)，其電流分別為IL與IA,方向都是從左到右。在斷開(kāi)K的瞬間，燈A中原來(lái)從左到右的電流 IA立即消失。但是燈 A與線圈L構(gòu)成一閉合 回路，由于L的自感作用，其中的電流不會(huì)立即消失，而是在回路中逐漸減弱維持短暫的時(shí) 間，這個(gè)時(shí)間內(nèi)燈 A中有從右到左的電流通過(guò)。這時(shí)通過(guò)A的電流是從IL開(kāi)始減弱。因?yàn)镽LIA ,在燈A熄滅之前要閃亮一下。若用電阻R取代線圈L,則當(dāng)K斷開(kāi)時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)。日C正確02.在如圖所示的電路中，燈A1和A2是完全相同的燈泡，線圈L的電阻可以忽略,卜列說(shuō)法正確的是:A、合上開(kāi)關(guān) B、合上開(kāi)關(guān) C、斷開(kāi)開(kāi)關(guān) D、