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第六节 互感和自感
【教学目标】
1、知识与技能
(1)、了解互感现象的电磁感应特点。
(2)、指导学生运用观察、实验、分析、综合的方法,认识自感现象及其特点。
(3)、明确自感系数的意义及决定条件。
(4)、了解日光灯的工作原理
2、过程与方法
(1)、能用电磁感应原理,解释生产和生活中的某些自感现象。
(2)、提高学生分析问题的能力和运用物理知识解决实际问题的能力。
3、情感态度和价值观
培养、提高学生尊重科学,利用实验探索研究自然的科学素养
【教学重点】自感现象产生的原因及特点。
【教学难点】运用自感知识解决实际问题。
【教学方法】讨论法、探究法、试验法、练****法
【教学用具】变压器原理说明器(用400匝线圈)、、滑动变阻器、电源(3V)、导线、开关,日光灯组件,多媒体课件
【教学过程】
一、复****旧课,引入新课
师:前面我们学****了电磁感应现象,了解了几种不同形式的电磁感应现象。如磁铁向线圈中插入或拔出时、闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时等,都会引起感应电动势,发生电磁感应现象。你们认为引起电磁感应现象最重要的条件是什么?
生:穿过电路的磁通量发生变化。
师:不论用什么方式,也不管是什么原因,只要穿过电路的磁通量发生了变化,都能引起电磁感应现象。如果电路是闭合的,电路中就会有感应电流。
二、新课教学
在法拉第的实验中两
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特点:自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化的。
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
[分析实验,深化理解]:
①实验1称为通电自感现象,实验2称为断电自感现象。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?
(都发生自感。只不过是我们观察不到。)
②实验1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?
(灯1不亮,灯2闪亮。)
③实验2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?
(线圈提供的。线圈中有电流时,线圈产生磁场,磁场也具有能量。当开关断开后,磁场能通过电磁感应转化为电能,由线圈提供给灯泡。这说明电磁感应中也遵循能量守恒。)
练****实验中,当电键闭合后,通过灯泡1的电流随时间变化的图像为图;通过灯泡2的电流随时间变化的图像为图。
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答案:C;A
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课本23页:做一做24页:防止
(三)、自感系数
请同学们阅读教材内容。然后用自己的语言加以概括,并回答有关问题。
问:自感电动势的大小决定于哪些因素呢?说出自感电动势的大小的计算公式。
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。
理论分析表明:
E=L△I/△t。
L称为线圈的自感系数,简称自感或电感。自感表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量。
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=103mH=106μH
(四)磁场中的能量:
提问:在断电自感的实验中,为什么开关断开后,灯泡的发光会持续一段时间?甚至会比原来更亮?试从能量的角度加以讨论。
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电能。
教材最后一段说,线圈能够体现电的“惯性”,应该怎样理解?电的“惯性”大小与什么有关?
当线圈通电瞬间和断电瞬间,自感电动势都要阻碍线圈中电流的变化,使线圈中的电流不能立即增大到最大值或不能立即减小为零,因此可以借用力学中的术语,说线圈能够体现电的“惯性”。线圈的自感系数越大,这个现象越明显,可见,电的“惯性”大小决定于线圈的自感系数。
(五)、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***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***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。
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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。
【课堂练****br/>例1、关于自感现象,正确的说法是:D
A、感应电流一定和原电流方向相反;
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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。
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。
【课堂小结】
本节课我们一起探究了电磁感应现象中的***问题——自感现象,自感现象它也是电磁感应现象的一种,只是
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导体本身的电流发生变化而在自己身上产生的电磁感应现象,它不违背法拉第电磁感应定律,自感现象也遵从楞次定律“增反减同”的规律。由于线圈自身自感的作用,使得电路中的电流变化的时间延长了,我们所看到的现象是灯逐渐地变亮或等亮一会在熄灭,还有的灯要闪亮一下。特别是自感的应用——日光灯,与我们生活很接近,我们平时都应该注意生活中的电现象。
【板书设计】
第六节:互感和自感
1、当一个线圈中电流变化,在另一个线圈中产生感应电动势的现象,称为互感。互感现象产生的感应电动势,称为互感电动势。
2、由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象,叫自感现象。
3、自感现象中产生的电动势叫自感电动势。
(1)自感电动势的作用:阻碍导体中原来的电流变化。
(2)自感电动势大小:
4、自感系数L:与线圈的大小、形状、圈数及有无铁心有关
5、磁场具有能量
6、日光灯的工作原理
【作业布置】:课本后思考与练****题:全部完成
【教学反思】:学生能从现象和楞次定律来理解自感和互感,上课例题的正确率也很高,但在电流大小和方向的变化上还需加强。特别是在灯是否闪亮一下上存在很多问题,例如说自感系数很大的线圈,我们能等效的看成一个电阻非常大的电阻,这样来解释现象学生会更容易懂一些。它在电路断开时有可能使和它并联的灯泡闪亮一下。
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