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(学案)互感和自感(1).docx
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互感 自感
互感和自感 【学习目标】 (1)知道互感现象和互感电动势。 (2)知道自感现象和自感电动势。 (3)知道自感系数。 (4)了解日光灯的工作原理 (5)会灵活运用公式求感生电动势 (6)会利用自感现象和互感现象解释相关问题 【学习重点】 自感现象产生的原因及特点。 【学习难点】 运用自感知识解决实际问题。 【学习方法】 讨论法、探究法、实验法 【学习用具】 变压器原理说明器(用400匝线圈)、3.8V0.3A灯泡两只、滑动变阻器、电源(3V)、导线、开关,日光灯组件 【学习过程】 一、复习旧课,引入新课 1.引起电磁感应现象最重要的条件是什么? 2.楞次定律的内容是什么? 二、新课学习 问题:在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接,当一个线圈中的电流变化时,在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢? (一)互感现象 两个线圈之间并没有导线相连,但当一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势。这种现象叫做 ,这种感应电动势叫做 。 利用互感现象可以把 由一个线圈传递到另一个线圈。变压器就是利用互感现象制成的。如下图所示。 在电力工程中和电子电路中,互感现象有时会影响电路的正常工作,这时要设法 电路间的互感现象。例如在电路板的刻制时就要设法减小电路间的 现象。 (二)自感现象 1.动手做一做 实验1:断电自感现象。学生几人一组作实验 实验电路如图所示。接通电路,灯泡正常发光后,迅速断开开关,可以看到灯泡闪亮一下再逐渐熄灭。 问1:灯泡闪亮一下,说明了什么问题? 问2:在开关断开这一瞬间,增大的电压从哪里来的。 实验2:将与灯泡并联的线圈取掉。再演示上述实验,这时灯泡不再闪亮。 问3:线圈本身并不是电源,它又是如何提供高电压的呢? 2.分析现象,建立概念 (1)讨论:相互讨论。出示实验电路图,运用已学过的电磁感应的知识来分析实验现象。 问1:这个实验中,线圈也发生了电磁感应。那么是什么原因引起线圈发生电磁感应呢? 问2:开关接通时,线圈中有没有电流? 问3:有电流通过线圈时,线圈会不会产生磁场?根据是什么? 问4:既然线圈产生了磁场,那么就有磁感线穿过线圈,线穿过线圈的磁通量就不等于0。开关断开后,线圈中还有磁通量吗? 问5:所以,在开关断开这一过程中,穿过线圈的磁通量变了吗?如何变化? 问6:穿过线圈的磁通量发生了变化,会发生什么现象? (2)讨论小结: (3)建立概念:上述现象属于一种特殊的电磁感应现象,发生电磁感应的原因是由于通过导体 的电流发生变化而引起磁通量变化。这种电磁感应现象称为 。 自感现象:由于 发生变化而产生的电磁感应现象。 自感电动势:在 现象中产生的感应电动势。 练习:在实验中,若线圈L的电阻RL与灯泡A的电阻RA相等,则电键 断开前后通过线圈的电流随时间的变化图像为 图,通过灯泡的电流随时间的变化图像为 图;若RL远小于RA,则电键 断开前后通过线圈的电流随时间的变化图像为 图,通过灯泡的电流图像为________图。 I t A B C D I t I t I t 答案:A;C;B;D 3.演示实验,强化概念 实验3:演示通电自感现象。实验电路如图。 开关接通时,可以看到,灯泡2立即正常发光,而灯泡1是逐渐亮起来的。 问1:为什么会出现这种现象呢? 问2:为什么自感电动势不是使灯泡1突然变得很亮,而是使它慢慢变亮呢? 4.综合因素,讲解规律 在自感现象中,自感电动势的产生是由于导体本身的电流发生了变化而引起的,而自感电动势却总是阻碍导体中原来电流的变化的。 特点:自感电动势总是 导体中原来电流的 的。 具体而言:①如果导体中原来的电流是增大的,自感电动势就要阻碍原来电流的增大。 I原↑,则ε自(I自)与I原相反 ②如果导体中原来的电流是减小的,自感电动势就要阻碍原来电流的减小。 I原↓,则ε自(I自)与I原相同 5.分析实验,深化理解 ①实验1称为断电自感现象,实验2称为通电自感现象。那么,在实验1中电路接通的瞬间,线圈是否发生自感?在实验2中,把开关断开时,线圈是否发生自感现象呢? ②实验2中,如果以很快的频率反复打开、闭合开关,会出现什么现象呢? ③实验1中开关断开了,电源已不再给灯泡提供电能了,灯还闪亮一下。这些能量是哪里来的呢?是凭空产生了能量吗? (三)自感系数 问:感应电动势的大小跟什么因素有关? 自感电动势的大小跟其它感应电动势的大小一样,跟穿过线圈的磁通量的变化快慢有关。而在自感现象中,穿过线圈的磁通量是由电流引起的,故自感电动势的大小跟导体中电流变化的快慢有关。 (阅读教材) 理论分析表明: E= 。 L称为线圈的自感系数,简称自感或 。自感表示线圈产生 本领大小的物理量。L的大小跟线圈的形状、长短、匝数、有无铁芯有关。 单位:亨利(H) 1H= mH= μH (四)自感现象的应用——日光灯的原理 日光灯就是利用自感现象的例子。灯管的两端各有一个灯丝,灯管内充有微量的氩和稀薄的天然汞蒸汽,灯管内壁涂有荧光物质。当灯管内的气体被击穿而导电时,灯管两端的灯丝就会释放出大量的电子,这些电子与汞原子碰撞而放出紫外线,涂在灯管内的荧光物质在紫外线的照射下发出可见光,根据不同的需要充以不同的气体,并在管的内壁上涂上不同的荧光物质,就可制造出不同颜色的日光灯了。 日光灯的电路图如下图所示: 其中:启动器的作用是当开关闭合时电源把电压加在启动器两极间,使氖气放电发出辉光,辉光产生的热量使U形触片膨胀伸长接触静片而电路导通,于是镇流器中的线圈和灯管中的灯丝就有电流通过,电路接通后,启动器中的氖气停止放电,U形触片冷却收缩,电路断开,镇流器线圈因自感产生一个瞬时高压,这个高压加上电源两端的电压一起加在灯管的两端,使水银蒸汽开始放电导通,使日光灯发光。在启动器两触片间还并联了一个电容,它的作用是在动静触片分离时避免产生火花而烧毁,没有电容器,启动器也能正常工作,日光灯启动后,启动器就不需要了。 镇流器就是一个自感系数很大的线圈,在日光灯点燃时,利用自感现象,产生瞬时高压,在日光灯正常发光时,利用自感现象起降压限流的作用。 (五)磁场中的能量 开关闭合时线圈中有电流,电流产生磁场,能量储存在磁场中,开关断开时,线圈作用相当于电源,把磁场中的能量转化成 。 【课堂练习】 例1.关于自感现象,正确的说法是: A.感应电流一定和原电流方向相反; B.线圈中产生的自感电动势较大的其自感系数一定较大; C.对于同一线圈,当电流变化越大时,线圈中产生的自感电动势也越大; D.自感电动总是阻碍原来电流变化的。 解:D. 例2.如图所示,两个电阻的阻值都是R,多匝线圈的电阻和电源内阻均可忽略不计。电键S原来断开,此时电路中的电流为I0=ε/2R。现将S闭合,于是线圈产生自感电动势,此自感电动势的作用是: A.使电路的电流减小,最后由I0将小到0; B.有阻碍电流增大的作用,最后电流小于I0; C.有阻碍电流增大的作用,因而电流总保持不变; D.有阻碍电流增大的作用,但电流还是增大,最后等于I0. 解:D. 说明:要深刻理解“阻碍”的意思。阻碍并不等于“阻止”。当原电流增大时,自感电动势要阻碍电流的增大,但电流最后还是要增大的,只不过增大得慢些(如通电自感实验中所见);当原电流减小时,自感电动势要阻碍电流的减小,但电流最后还是要减小的,只不过减小得慢些(如断电自感实验中所见)。自感电动势的作用只不过是起一个“延时”作用。 例3.如图所示的电路中,L是一带铁芯的线圈,R为电阻。两条支路的直流电阻相等。那么在接通和断开电键的瞬间,两电流表的读数I1.I2的大小关系是: A.接通时I1<I2,断开时I1>I2; B.接通时I1<I2,断开时I1=I2; C.接通时I1>I2,断开时I1<I2; D.接通时I1=I2,断开时I1<I2. 解:B. 【学习小结】 8 / 8

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