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1、2022年高中物理鲁科版选修3-2教学案：第二章 第3节 自感现象的应用(含答案)一、日光灯与镇流器 1日光灯的组成及电路图完整的日光灯电路包括日光灯管、镇流器、启动器、开关等主要部件。其电路如图231所示：图2312日光灯主要元件的构造及作用构造原理、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断开灯管灯管、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荧光物质发光镇流器自感系数很大的线圈启动时形成瞬时高电压，工作时降压限流二、感应圈1工作原理利用自感现象用低压直流电源来获得高电压。2结构主要由直接绕在铁芯上的初级线圈和接在放电器上的次级线圈构成。3用途在物理
2、、化学实验室里可以作为小功率高压电源，在汽车发动机、煤气灶电子点火装置中产生高压电火花完成点火工作。三、自感现象的其他应用1其他应用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振荡电路来发射电磁波；在收音机和电视机中，同样也用振荡电路来接收电磁波。另外，电焊机也利用了自感现象，使焊条与工件之间的空隙产生电弧火花，使工件局部熔化。2危害在电路中，开关断开时产生电弧火花，烧坏开关或造成安全隐患。1自主思考判一判(1)日光灯中的灯管、镇流器、启动器都是串联的。()(2)启动器在日光灯工作时的作用相当于一个开关。()(3)镇流器工作时，其作用就是限压限流。()(4)感应圈的工作原理是电磁感
3、应。()2合作探究议一议(1)日光灯灯管两端的电极是相通的吗？提示：两端的电极不相通，灯管两端有电极，中间有水银蒸气。(2)利用感应圈可以由低电压获得高电压，能否由小功率来获得大功率？提示：不能。根据能量守恒定律，感应圈向外输出的能量不可能大于输入的能量，即输出功率不可能大于输入功率。(3)在加油站附近为什么要禁止用手机接打电话？提示：加油站附近空气中汽油的浓度较高，在用手机接打电话时，电话电路中有可能由于自感产生电火花，引起危险。日光灯的工作原理1日光灯管的发光原理灯管内充有微量氩和稀薄汞蒸气。两端有灯丝，内壁涂有荧光物质。其发光原理见如下流程：图2322日光灯工作的三个阶段(1)开关闭合后
4、，启动器中氖气放电发出辉光，辉光产生的热量使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发光，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。特别提醒(1)日光灯灯管内的气体电离需要高压，是通过镇流器
5、发生自感现象实现的。(2)当日光灯正常工作时需要的是低压，此时镇流器起到降压限流的作用。典例(多选)如图233为日光灯电路，关于该电路以下说法中正确的是()图233A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，也可以是直流电源思路点拨解析日光灯中镇流器在日光灯启动时产生一个瞬时高压，击穿了灯管中的稀薄气体导电，而在日光灯正常发光后，镇流器产生自感电动势使灯管两端的电压低于电源电压，故A、B均正确。日光灯只能用交流电源供电，正常发光后启动器是断开的，故C、D均错。答案AB日光灯电路
6、的分析方法(1)电路连接：日光灯电路中，镇流器与灯管串联，启动器与灯管并联。(2)各部分作用：启动器起开关作用；镇流器点燃灯管时提供高压，灯管正常发光时限压；灯管能够发光。 1(多选)家用日光灯电路如图234所示，S为启动器，A为灯管，L为镇流器，关于日光灯的工作原理，下列说法正确的是()图234A镇流器的作用是将交变电流变为直流电B在日光灯的启动阶段，镇流器能提供一个瞬时高压，使灯管开始工作C日光灯正常发光时，启动器中的两个触片是分离的D日光灯发出柔和的白光是由汞电子受到激发后直接辐射的解析：选BC镇流器在日光灯启动阶段提供瞬时高压，日光灯正常工作时， 镇流器起降压限流作用，B项对，A项错；
7、日光灯正常工作时，启动器中的两个触片是分离的，这时将启动器取下，日光灯照常工作，选项C对；日光灯中柔和的白光是紫外线照射到管壁上的荧光粉发出的，D项错。2如图235所示，L为日光灯管，S为启动器，Z为镇流器，K为开关，电源为220 V的交变电源。(1)请用笔画线代替导线连接实物图，使日光灯正常工作。图235(2)开关合上前，启动器的静触片和动触片是_(填“接通的”或“断开的”)。日光灯启动器刚断开瞬间，灯管两端电压_220 V(填“大于”“等于”或“小于”)。日光灯正常发光时，日光灯管两端的电压_220 V(填“大于”“等于”或“小于”)。解析：(1)(2)开关合上前静触片和动触片是断开的。日
8、光灯启动器刚断开瞬间镇流器工作，产生高电压与电源电压一起加在灯管两端，灯管两端电压大于220 V。日光灯正常工作时，镇流器起降压限流的作用，灯管两端的电压小于220 V。答案：(1)见解析(2)断开的大于小于感应圈及自感现象的应用感应圈的工作原理如图236是感应圈的原理图，闭合开关K，低压直流电源接通。开关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。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L
9、1的100倍，于是在次级线圈L2的两端感应出数万伏的高压。图236特别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。1关于感应圈，下列说法不正确的是()A感应圈是利用自感现象来获得高电压的装置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电压电火花来完成的D感应圈的主要构造包括绕在铁芯上的两个绝缘线圈及继电器等解析：选B感应圈是根据自感的原理利用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继电器等，D正确。煤气灶电子点火
10、装置是利用感应圈产生的高电压电火花来完成的，C正确。2下列关于电焊机的说法正确的是()A电焊时，焊条与工件始终接触B电焊时，是靠流过焊条与工件接触电阻的电流的热效应完成的C电焊时，点火电压很高，约为几万伏D电焊时，电弧火花产生的高温把金属工件局部熔化，冷却后焊接处就融为一体解析：选D电焊时，先把焊条与被焊的工件短暂接触，然后迅速将焊条提起，与工件保持45 mm的距离，故选项A错；电焊时，是靠电弧火花产生的高温把金属工件局部熔化进行焊接，故选项B错，D对；电焊时，点火电压约为70 V，并不高，故C错。1关于日光灯电路的连接，下列说法不正确的是()A启动器与灯管并联B镇流器与灯管串联C启动器与镇流
11、器并联D启动器相当于开关解析：选C根据日光灯工作原理可知，启动器与灯管并联、镇流器与灯管串联，启动器的动触片和静触片短暂接通后断开，镇流器向灯管提供瞬时高压，所以，启动器仅起到了开关作用。2镇流器是由一个线圈和铁芯构成的，下列说法中正确的是()A镇流器中加入铁芯变成了电磁铁，在日光灯电路中起开关的作用B镇流器在日光灯正常发光后，只消耗电能，为了节能可以把它短路C日光灯电路中的镇流器可以用白炽灯泡来替代D镇流器中的铁芯是为了增大自感系数解析：选D镇流器中加入铁芯是为了增大线圈整体的自感系数，进而产生更大的自感电动势，以击穿灯管内气体而导通；灯管导通后镇流器又起降压限流作用，故不可将其短路，且在启
12、动时不可用白炽灯泡来代替。3关于日光灯启动器的下列说法正确的是()A日光灯正常发光时，启动器的静触片和动触片是接触的B工作时，启动器起降压、限流作用，保证日光灯正常工作C日光灯正常发光时，启动器两端的电压小于220 VD日光灯正常发光时，电流流过启动器解析：选C日光灯正常发光时，启动器的静触片和动触片是断开的，此时启动器是不导电的，选项A、D错误；工作时，镇流器起降压、限流作用，保证日光灯正常工作，选项B错误；日光灯正常发光时，由于镇流器的作用，加在灯管两端的电压小于220 V，故选项C正确。4关于日光灯工作过程中的电磁感应现象，下列说法不正确的是()A在灯丝预热阶段，镇流器利用自感控制加热电
13、流B在灯管点燃阶段，镇流器利用断电自感提供瞬时高压C灯管正常发光阶段，镇流器利用反抗电流变化的自感作用降压限流，保证日光灯正常发光D灯管正常发光后，镇流器已失去作用解析：选D在日光灯启动发光的不同阶段，镇流器所起的作用也是不同的。在灯丝预热阶段，镇流器利用自感控制加热灯丝，以获得电子；在灯管点燃阶段，需镇流器提供瞬时高压；正常发光时，镇流器起降压限流作用，D错误。5若将图1甲中启动器换为开关S1，并给镇流器并联一个开关S2，如图乙所示，则下列叙述正确的是()图1A只把S3接通，日光灯就能正常发光B把S3、S1接通后，S2不接通，日光灯就能正常发光CS2不接通，接通S3、S1后，再断开S1，日光
14、灯就能正常发光D当日光灯正常发光后，再接通S2，日光灯仍能正常发光解析：选C一般日光灯启动时瞬间把电源、灯丝、镇流器接通，后自动断开，靠镇流器产生瞬时高压，使灯管内气体导电，所以启动时既要使乙图中S3闭合，又需使S1瞬间闭合再断开，A、B错，C对。正常工作时镇流器起降压限流作用，若把乙图中S2闭合，则镇流器失去作用，日光灯不能正常工作，D错。6.在制作精密电阻时，为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象，采取了双线绕法，如图2所示，其道理是()图2A当电路中的电流变化时，两股导线中产生的自感电动势互相抵消B当电路中的电流变化时，两股导线中产生的感应电流互相抵消C当电路中的电流变化时，两股导线中产生的磁通量互相抵消D以上说法均不对解析：选C由于采用了双线绕法，两根平行导线中的电流反向，它们产生的磁通量相互抵消。不论导线中的电流如何变化，线圈中的磁通量始终为零，所以消除了自感现象的影响。7.人类生活中对能源的可持续利用可以通过节能方式体现，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3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
