魯科版物理選修3-2新素養(yǎng)講義第2章第3節(jié)自感現(xiàn)象的應用Word版含答案

第3節(jié)自感現(xiàn)象的應用1.知道日光燈的組成和電路圖．2.知道日光燈的主要元件及工作原理．3.知道感應圈是利用自感現(xiàn)象由低壓直流電源獲得高電壓的．4.了解自感現(xiàn)象在生產、生活中的其他應用．,[學生用書P25])一、日光燈與鎮(zhèn)流器1．日光燈的構造及電路圖：完整的日光燈電路包括日光燈管、鎮(zhèn)流器、啟動器、開關等主要部分．其電路如圖所示．2．鎮(zhèn)流器(1)構造：鎮(zhèn)流器主要是由自感系數很大的線圈構成．(2)作用：啟動時，鎮(zhèn)流器在燈管兩端形成瞬時高壓，擊穿氣體，使燈管發(fā)光；正常發(fā)光后，鎮(zhèn)流器起降壓限流作用，以免燒壞燈管．3．啟動器(1)構造：啟動器主要是由電容器、靜觸片和一個雙金屬片制成的動觸片構成．(2)作用：在開關閉合后，使電路短暫接通，再將電路斷開．(1)鎮(zhèn)流器在日光燈啟動時產生瞬時高壓，正常發(fā)光后起降壓限流作用．()(2)日光燈正常發(fā)光后，鎮(zhèn)流器、啟動器都不能起作用．()(3)日光燈正常工作后，啟動器起降壓限流的作用．()提示：(1)√(2)×(3)×二、感應圈和自感現(xiàn)象的其他應用1．感應圈(1)工作原理：利用自感現(xiàn)象用低壓直流電源來獲得高電壓．(2)結構：主要由直接繞在鐵芯上的初級線圈和兩端接在放電器上的次級線圈構成．如圖所示：(3)用途：在物理、化學實驗室里可以做小功率高壓電源，在汽車、煤氣灶點火裝置中產生高壓電火花完成點火工作．2．自感的其他應用及危害(1)其他應用：在廣播電臺和電視臺的無線電設備中，用自感線圈和電容器組成振蕩電路來發(fā)射電磁波；在收音機和電視機中，同樣也用振蕩電路來接收電磁波．另外電焊機也利用了自感現(xiàn)象，使焊條與工件之間的空隙產生電弧火花，使工件局部熔化．(2)危害：在電路中，開關斷開時產生電弧火花，燒壞開關或造成安全隱患．在加油站附近為什么要禁止用接打？提示：加油站附近空氣中汽油的濃度較高，在用接打時，電路中有可能由于自感產生電火花，引起危險．日光燈的工作原理[學生用書P26]1．日光燈電路的組成：日光燈的電路如圖甲所示，由日光燈管、鎮(zhèn)流器、啟動器(圖乙)、開關等組成．2．日光燈的啟動(1)當開關閉合時，電源把電壓加在啟動器的兩電極之間，使氖氣放電而發(fā)出輝光，輝光產生的熱量使U形動觸片膨脹伸長與靜觸片接觸，從而接通電路，于是鎮(zhèn)流器的線圈和燈管的燈絲中就有電流通過．(2)電路接通后，啟動器中的氖氣停止放電，U形動觸片冷卻收縮，兩個觸片分離，電路自動斷開，流過鎮(zhèn)流器的電流迅速減小，鎮(zhèn)流器線圈中會產生很高的自感電動勢，方向與原來電壓方向相同，與電源電壓一起形成瞬時高壓加在燈管兩端，使燈管中的氣體開始放電，于是日光燈管成為電流的通路開始發(fā)光．3．鎮(zhèn)流器的作用：鎮(zhèn)流器在燈管啟動時的作用是產生瞬時高壓，正常工作時的作用是降壓限流．命題視角1日光燈中鎮(zhèn)流器的作用(多選)關于鎮(zhèn)流器的作用，下列說法中正確的是()A．在日光燈打開時，產生瞬時高壓B．在啟動器兩觸片接通時，產生瞬時高壓C．在日光燈正常發(fā)光后，起限流和降壓作用D．在日光燈正常發(fā)光后，使日光燈兩端電壓穩(wěn)定在220V[解析]鎮(zhèn)流器產生的瞬時高壓是斷電自感電動勢，是在啟動器兩觸片由接觸到斷開的瞬間產生的，故選項B錯誤；日光燈正常發(fā)光時燈管兩端電壓只有幾十伏，沒有220V，故選項D錯誤．[答案]AC命題視角2日光燈的工作原理如圖所示為日光燈的工作電路，A和L分別為日光燈管和鎮(zhèn)流器，關于日光燈發(fā)光情況的下列敘述中，正確的是()A．只把S1接通，日光燈就能正常工作B．把S1、S2接通，S3不接通，日光燈就能正常工作C．S3不接通，S1、S2接通后，再斷開S2，日光燈就能正常工作D．當日光燈正常工作后，再接通S3，日光燈仍能正常發(fā)光[解題探究](1)啟動器在日光燈啟動時起什么作用？(2)鎮(zhèn)流器在日光燈啟動時和正常工作時的作用有何不同？[解析]日光燈在開始點亮時需要一個高出電源電壓很多的瞬時電壓，點亮后正常發(fā)光時，燈管電阻很小，只允許通過不大的電流，電流過大就會燒壞燈管，這時又要使加在燈管上的電壓大大低于電源的電壓，這兩個方面都需要利用L來達到，所以S3應斷開．S2的作用相當于啟動器，S1、S2閉合后，電路接通，L和燈管的燈絲中有電流通過，斷開S2，L中的電流發(fā)生變化，其兩端產生瞬時高壓，此電壓和電源電壓共同加在燈管兩端，使燈管中汞蒸氣放電發(fā)光，所以，本題的正確選項應為C.[答案]Ceq\a\vs4\al()分析日光燈工作原理的關鍵是掌握啟動器和鎮(zhèn)流器的作用：啟動器在日光燈啟動時起開關的作用，鎮(zhèn)流器在點亮燈管時提供高壓，在燈管正常發(fā)光后起降壓限流的作用．命題視角3日光燈啟動問題如圖所示，在日光燈工作原理中．(1)開關合上前，啟動器的靜觸片和動觸片是________(填“接通的”或“斷開的”)；(2)開關剛合上時，220V交流電壓加在________之間，使氖泡發(fā)出輝光；(3)日光燈啟動瞬間，燈管兩端的電壓________(填“高于”“等于”或“小于”)220V；(4)日光燈正常發(fā)光時，啟動器的靜觸片和動觸片________________(填“接通”或“斷開”)，鎮(zhèn)流器起著________的作用，保證日光燈正常工作；(5)啟動器中的電容器能________________，沒有電容器，啟動器也能工作．[解析]按原理圖接好日光燈電路后，當開關閉合后，電源把電壓加在啟動器的兩金屬觸片之間，使氖泡內的氖氣放電發(fā)出輝光．輝光放電產生的熱量使U形動觸片膨脹，跟靜觸片接觸把電路接通，于是鎮(zhèn)流器的線圈和燈管的燈絲中就有電流通過，電路接通后，啟動器中的氖氣停止放電，U形片冷卻后收縮恢復原狀，兩金屬片分離，電路斷開，由于鎮(zhèn)流器的自感作用，會產生很高的自感電動勢，其方向與原電壓方向相同，很高的自感電動勢加上原電源電壓加在燈管兩端，使管內汞氣體導電，產生紫外線，激發(fā)熒光粉發(fā)光，燈管被點亮．日光燈使用的是正弦式交變電流，電流的大小和方向都隨時間做周期性變化，在日光燈正常發(fā)光后，由于交變電流通過鎮(zhèn)流器的線圈，線圈中會產生自感電動勢，它的作用總是阻礙電流的變化，這時的鎮(zhèn)流器就起到了降壓限流的作用，保證燈管在較低電壓下的正常工作．啟動器中的電容器能使動靜片脫離時避免產生電火花而燒毀啟動器．沒有電容器，同樣能工作，當日光燈正常點亮后，啟動器不再起作用，就是摘去了也不影響日光燈的發(fā)光．[答案](1)斷開的(2)啟動器的兩電極(3)高于(4)斷開降壓限流(5)避免產生電火花1.如圖甲所示是日光燈的電路圖，它主要由燈管、鎮(zhèn)流器和啟動器組成，鎮(zhèn)流器是一個帶鐵芯的線圈，啟動器的構造如圖乙所示，為了便于啟動，常在啟動器的兩極并上一紙質電容器C，某班教室的一盞日光燈總是燈管兩端亮而中間不亮，經檢查，燈管是好的，電壓正常，鎮(zhèn)流器無故障，其原因可能是()A．啟動器兩腳a、b與啟動器座接觸不良B．電容器C被燒斷C．電容器C被擊穿而短路D．鎮(zhèn)流器自感系數L太大解析：選C.日光燈的點亮需要一個瞬時高壓加在燈管兩端，這要靠啟動器來完成．日光燈的燈管中間不亮，說明未提供瞬時高壓，即啟動器出現(xiàn)了故障．又因燈管兩端亮，說明電路是通的，選項C正確．感應圈工作原理的認識[學生用書P27]1．感應圈的主要結構：感應圈的結構如圖所示，它有兩個繞在鐵芯上的絕緣線圈，初級線圈直接繞在鐵芯上，次級線圈分左、右兩組套在初級線圈上．2．工作原理：閉合開關接通低壓直流電源后，電流通過初級線圈，鐵芯被磁化，吸引斷續(xù)器簧片，使初級線圈所在的回路斷開，由于瞬時無電流通過，鐵芯失去磁性，斷續(xù)器簧片又返回原位置，使初級線圈所在的回路再度接通．在這樣的反復過程中，初級線圈中的電流不斷變化，由此產生的自感電動勢會逐漸增至數百伏．而次級線圈的匝數約為初級線圈的100倍，在次級線圈的兩端就會感應出數萬伏的高壓．(多選)關于感應圈的工作原理，下列說法中正確的是()A．感應圈接通低壓交流電源后，在次級線圈產生數萬伏高壓B．感應圈接通低壓直流電源后，在次級線圈產生數萬伏高壓C．由于次級線圈的電流不斷變化，因此在初級線圈產生電壓D．由于初級線圈的電流不斷變化，因此在次級線圈產生高壓[解析]感應圈接通低壓直流電源后，由于磁力的不斷變化，而導致初級線圈所在回路不斷接通與斷開，從而使初級線圈電流不斷變化，由于自感作用，初級線圈內自感電動勢達數百伏，導致次級線圈兩端產生數萬伏的高壓，故選項A、C錯誤，選項B、D正確．[答案]BD2.(多選)關于感應圈，下列說法正確的是()A．感應圈是利用自感現(xiàn)象來獲得高電壓的裝置B．在工程中，感應圈可作為大功率高壓電源使用C．煤氣灶電子點火裝置，是利用感應圈產生的高壓電火花來完成的D．感應圈的主要構造包括繞在鐵芯上的兩個絕緣線圈及繼電器等解析：選ACD.感應圈是利用自感現(xiàn)象，通過低壓直流電源來獲得高電壓的裝置，A正確．受直流電源提供電功率的限制，感應圈不能作為大功率高壓電源使用，B不正確．煤氣灶電子點火裝置是利用感應圈產生的高壓電火花來完成的，C正確．感應圈的主要構造包括兩個絕緣線圈和繼電器等，D正確．[隨堂檢測][學生用書P28]1．日光燈鎮(zhèn)流器的作用有()A．啟動器兩觸片接通時，產生瞬時高壓B．工作時，降壓、限流保證日光燈正常發(fā)光C．工作時，使日光燈管的電壓穩(wěn)定在220VD．工作時，不準電流通過日光燈管解析：選B.鎮(zhèn)流器線圈在啟動器兩觸片分離時產生瞬時高壓，使燈管開始發(fā)光．日光燈發(fā)光后，起降壓限流作用，保證了燈管的正常發(fā)光．所以A、C、D錯誤，B正確．2．(多選)啟動器由電容器和氖管兩大部分組成，其中氖管中充有氖氣，內部有靜觸片和U形動觸片，通常動、靜觸片不接觸，有一個小縫隙．下列說法中正確的是()A．當電源的電壓加在啟動器兩極時，氖氣放電并產生熱量，導致雙金屬片受熱膨脹B．當電源的電壓加在啟動器兩極后，啟動器的兩個觸片才接觸，使燈管有電流通過C．電源的電壓加在啟動器兩極前，啟動器的兩個觸片就接觸著，電路就已經有電流通過D．當電路通電后，兩個觸片冷卻，重新分離解析：選AD.根據日光燈的啟動原理，當電源電壓加在啟動器兩極前，啟動器的兩觸片是分離的，整個電路斷路，電路中無電流通過，所以選項C錯誤；當電源電壓加在啟動器兩極上時，氖氣放電生熱，觸片受熱膨脹而接觸，啟動器電路閉合，電流導通；氖氣停止放電生熱、兩觸片因冷卻而又分離；在啟動器電流導通時，燈管仍處于斷路狀態(tài)，并無電流流過，所以選項B錯誤，選項A、D正確．3．如圖所示，D為啟動器，L為鎮(zhèn)流器，其中日光燈的接線圖正確的是()解析：選A.根據日光燈的工作原理，要想使日光燈發(fā)光，燈絲必須預熱發(fā)出電子，燈管的兩端應有瞬時高壓．這兩個條件缺一不可．當動、靜觸片分離后，選項B中燈管和電源斷開，選項B錯誤；選項C中啟動器動靜觸片分離后，鎮(zhèn)流器與燈管斷開，無法將瞬時高壓加在燈管兩端，選項C錯誤；選項D中燈絲左、右端分別被短接，無法預熱放出電子，不能使燈管中的氣體導電，選項D錯誤．4．下列關于電焊機的說法正確的是()A．電焊時，焊條與工件始終接觸B．電焊時，是靠流過焊條與工件接觸電阻的電流的熱效應完成的C．電焊時，點火電壓很高，約為幾萬伏D．電焊時，電弧火花產生的高溫把金屬工件局部熔化，冷卻后焊接處就熔為一體解析：選D.電焊時，先把焊條與被焊的工件短暫接觸，然后迅速將焊條提起，與工件保持4mm～5mm的距離，故選項A錯誤；電焊時，是靠電弧火花產生的高溫把金屬工件局部熔化進行焊接，故選項B錯誤，D正確；電焊時，點火電壓約為70V，并不高，故C錯誤．5.在制作精密電阻時，為了消除使用過程中由于電流的變化而引起的自感現(xiàn)象，采用如圖所示的雙線繞法，其理由是()A．電路中電流變化時，兩股導線中產生的自感電動勢互相抵消B．電路中電流變化時，兩股導線中產生的感應電流互相抵消C．電路中電流變化時，兩股導線中電流產生的磁場相互抵消，合磁場穿過線圈的磁通量為零D．以上說法均不正確解析：選C.由于兩股導線中電流的方向相反，則兩電流產生的磁場相互抵消，合磁場穿過線圈的磁通量為零，在線圈中不發(fā)生自感現(xiàn)象，故選項C正確．[課時作業(yè)][學生用書P84(單獨成冊)]一、單項選擇題1．下列說法正確的是()A．感應圈的工作原理是電磁感應現(xiàn)象B．日光燈和白熾燈一樣，都可接在直流電路中正常工作C．感應圈中的兩個線圈的匝數一樣多D．一個標有“220V40W”的日光燈管，用歐姆表測燈管兩端，讀數約為1210Ω解析：選A.感應圈就是利用了電路中的電流不斷地變化產生感應電動勢的，當電流變化較快時，產生高壓，故選項A正確；日光燈必須接在交流電路中，故選項B錯誤；在感應圈中次級線圈的匝數要多于初級線圈，在次級線圈中得到較高的電壓，故選項C錯誤；日光燈在不接通時，處于斷路，故電阻為無窮大，選項D錯誤．2．關于日光燈電路的連接，下列說法錯誤的是()A．啟動器與燈管并聯(lián)B．鎮(zhèn)流器與燈管串聯(lián)C．啟動器與鎮(zhèn)流器并聯(lián)D．啟動器相當于開關解析：選C.根據日光燈工作原理知，啟動器與燈管并聯(lián)、鎮(zhèn)流器與燈管串聯(lián)，啟動器起開關作用，A、B、D對，C錯．3．有關日光燈的鎮(zhèn)流器、啟動器的說法中不正確的是()A．鎮(zhèn)流器起整流作用，即把交流變成直流B．日光燈管點燃發(fā)光后，啟動器中的兩個觸片是分開的C．燈管發(fā)光后，鎮(zhèn)流器起降壓限流作用D．鎮(zhèn)流器在日光燈開始點亮時提供瞬時高壓解析：選A.鎮(zhèn)流器在電路中有兩個作用：一是在日光燈啟動時提供瞬時高壓，二是在日光燈正常工作時起降壓限流作用．日光燈管點亮發(fā)光后啟動器中的兩個觸片是分開的．綜上所述，可知選項B、C、D正確．4．關于日光燈啟動器的下列說法，正確的是()A．日光燈正常發(fā)光時，啟動器的靜觸片和動觸片是接觸的B．工作時，啟動器起降壓、限流作用，保證日光燈正常工作C．日光燈正常發(fā)光時，啟動器兩端的電壓小于220VD．日光燈正常發(fā)光時，電流流過啟動器解析：選C.日光燈正常發(fā)光時，啟動器的靜觸片和動觸片是斷開的，此時啟動器是不導電的，選項A、D錯誤；工作時，鎮(zhèn)流器起降壓、限流作用，保證日光燈正常工作，選項B錯誤；日光燈正常發(fā)光時，由于鎮(zhèn)流器的作用，加在燈管兩端的電壓小于220V，故選項C正確．5．關于日光燈的發(fā)光實質，下列說法中正確的有()A．是由于燈管兩端的燈絲在熾熱狀態(tài)下發(fā)光，后經燈管壁多次反射和透射傳到周圍空間B．是在鎮(zhèn)流器的高電壓作用下，燈管內氣體被電離成為導體，形成大電流，使氣體處于熾熱狀態(tài)而發(fā)光C．日光燈發(fā)出的其實就是紫外線D．日光燈發(fā)出的光，實質上是紫外線激發(fā)熒光物質發(fā)光解析：選D.日光燈發(fā)光的本質，是燈絲發(fā)射的電子與汞原子碰撞而放出紫外線，紫外線照射燈管內壁的熒光物質而發(fā)光．故選項D正確．6．在生產實際中，有些高壓直流電路含有自感系數很大的線圈，當電路中的開關S由閉合到斷開時，線圈會產生很高的自感電動勢，使開關S處產生電弧，危及操作人員的人身安全．為了避免電弧的產生，可在線圈處并聯(lián)一個元件，下列方案可行的是()解析：選D.閉合S時，二極管處于反向截止狀態(tài)，不影響電路正常工作．斷開S時，由于自感現(xiàn)象，線圈跟二極管D組成閉合回路，此時二極管處于正向導通，可以避免電弧的產生，故D選項正確．二、多項選擇題7．下列利用了感應圈的是()A．煤氣灶電子點火裝置B．汽車發(fā)動機點火裝置C．物理、化學實驗中的小功率高壓電源D．自動設備中的延時繼電器解析：選ABC.煤氣灶電子點火裝置、汽車發(fā)動機點火裝置都是利用感應圈產生的高壓電火花來完成點火工作的，物理、化學實驗中的小功率高壓電源是利用感應圈通過低壓直流電源獲得高電壓，C正確；延時繼電器是利用線圈的電磁感應來正常工作的，沒有用到感應圈，D錯誤．8．下列是日光燈的優(yōu)點的是()A．比白熾燈省電，發(fā)光效率是白熾燈的5～6倍B．日光燈的發(fā)光顏色比白熾燈更接近日光，光色好，且發(fā)光柔和C．白熾燈壽命短，普通白熾燈的壽命在1000～3000小時之間；日光燈壽命較長，一般有效壽命是3000～6000小時D．與日光燈相比，白熾燈電能利用率更高解析：選ABC.日光燈與白熾燈相比較，發(fā)光效率更高，更省電，故A對，D錯；日光燈顏色柔和，接近日光，故B正確；日光燈壽命比白熾燈長，故C對．9．如圖所示是一種延時開關，當S1閉合時，電磁鐵F將銜鐵D吸下，C線路接通．當S1斷開時，由于電磁感應作用，D將延遲一段時間才被釋放，下列說法正確的是()A．由于A線圈的電磁感應作用，才產生延時釋放D的作用B．由于B線圈的電磁感應作用，才產生延時釋放D的作用C．如果斷開B線圈的開關S2，無延時作用D．如果斷開B線圈的開關S2，延時將變長解析：選BC.當沒有B線圈時，S1斷開，在A線圈中只會產生自感電動勢而不會產生電流，所以不會產生磁場，故起延時作用的是B線圈．如果B線圈的開關S2也斷開，同樣只會產生自感電動勢而不會產生電流，故不會產生磁場，無延時作用．選項B、C正確．10．如圖所示，日光燈正常發(fā)光時，流過燈管的電流為I，那么對于燈絲ab上的電流，以下說法正確的是()A．燈絲ab上的電流處處為IB．燈絲a處的電流為IC．燈絲b處的電流為I，其他地方的電流都比I小D．燈絲b處最容易燒斷解析：選CD.燈管