2020_2021学年高中物理第二章楞次定律和自感现象第3节自感现象的应用教案鲁科版选修3_2

自感现象的应用
［教学目标］
（一）知识与技能
1．了解日光灯的结构和发光原理。

2．知道日光灯的辅助元件镇流器和启动器的工作原理。

3．了解感应器的原理和在生活中应用。

（二）过程与方法
通过学生的亲身体验和教师演示日光灯发光过程，感受自感现象。

（三）情感、态度与价值观
通过学习自感现象的在实际生活中的应用，培养学生热爱科学、崇尚科学的态度。

［教学重点］
1．日光灯的工作原理及镇流器的作用。

2．感应圈的工作原理。

［教学难点］
镇流器及启动器的作用。

［教学器材］
自制示教板、数字万用表、6W日光灯、小功率变压器（替代镇流器）、启辉器、氖泡、1节18650锂电池
［教学方法］
讲授法、实验法。

［教学过程］
（一）引入新课
演示电感线圈的断电自感现象。

如图，在演示板上连接一个由4V 锂电池、电灯、电感线圈的串联电路。

请学生上来配合实验，用导线的连接和断开来替代开关。

学生在断开导线的那一瞬间感
受到了强烈的自感现象，有触电的感觉。

教师对实验现象进行解释。

因为断电时，电路有电流的突变，自感
线圈中产生了磁通量的变化，于是产生了自感电动势。

由于实验中选择的自感线圈的自感系数L 较大，由I t E L ∆
∆=，产生的自感电动势也较大，实际上瞬间可达100V 以上。

教师在导线开关处并联一个氖泡，学生观察到在断电的瞬间氖泡发光，这表明自感
电动势大于80V 。

通过这个小实验可以为学生理解镇流器的作用打下了铺垫。

（二）进行新课
一．日光灯的结构和发光原理
1．日光灯管的结构
让学生先自行阅读课本，了解日光灯管的结构。

教师配合多媒体图片讲授：日光灯管是密封的玻璃管，管内充有稀薄的氩气和汞蒸气，在灯管的内壁上涂有荧光粉。

在灯管的两端有两个灯丝（钨丝），各有两只管脚。

2、日光灯发光原理
日光灯接入电路通电时，灯丝发热温度升高，有电子从灯丝逸出。

逸出的自由电子在灯管两端高压形成的电场中被加速，电子在运动的过程中与汞原子碰撞，汞原子被激发到高能级后再向低能级的跃迁，辐射出紫外线，紫外线照射到玻璃管上的荧光粉后，荧光粉发出白光。

3、日光灯的发光条件
根据日光灯管的发光原理和实践表明：灯管最初激发阶段需要一个约700V左右的高电压，而后在维持发光阶段仅需100V左右的低电压。

二、使日光灯发光的辅助元件
实验演示：日光灯直接接220V的交流电源不能发光。

教师提问：日光灯为什么不能发光？缺什么条件？
引导学生认识到，日光灯不发光的原因是因为220V的电压达不到700V左右激发电压的要求，且灯丝没有通电发热；接着引导学生回忆刚才的小实验，意识到可以利用个自感系数较大的自感线圈利用断电自感现象来产生瞬间高压。

在电路连接上，自感线圈要与灯管串联。

实验演示：用断电自感高压激发日光灯发光
教师用自感线圈与灯管串联，在灯管两端灯丝其引脚之间直接用导线连接后再断开，学生观察到日光灯闪烁后发光了，同时用万用表量出在灯光未启动和发光时的端电压，发现在发光前灯管有230左右电压，但在发光时的端电压只有40V左右，表明有190V左右的电压
落在镇流器上。

用多媒体演示镇流器的结构
1、镇流器
镇流器是一个带铁芯的线圈，自感系数很大。

在启动时产生高压，在正常发光时起限流分压作用。

提出问题：用开关来启动日光灯发光会有诸多不便，有更好的办法吗？
实验演示：用启动器代替导线直接启动日光灯
多媒体演示启动器结构和工作原理
2、启动器
启动器是一个充有氖气的密封玻璃泡，里面装有两个电极，一个是静触片，一个是由两个膨胀系数不同的双金属制成的U型动触片。

启动时氖气发光，温度升高，双金属拍弯曲，动、静触片连通，氖泡熄灭温度降低，双金属片恢复原状，触点分开，自感线圈产生启动高压。

总之而言启动器起到一个自动开关的作用。

三、日光灯通电的三个阶段
第一阶段：开关闭合后，启动器动、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。

第二阶段：启动器的动、静触片分断时，使镇流器线圈中电流减
小，产生很大的自感电动势，与电源电压相串联加在灯管两端点亮灯管。

第三阶段：灯管点亮后，镇流器与灯管组成串联电路，镇流器起分压限流作用，使灯管正常发光。

四、自感现象的其他应用
实验演示：高压感应圈产生电弧
1、高压感应圈
高压感应圈是生产和生活中常见的高压发生装置，其本质是自感变压器。

一组是匝数少的低压绕组，另一组是匝数多的高压绕组。

低压直流电在机械开关或电子开关的高频率的闭合断开的过程中，在低压线圈中就产生了变化的电流，由于电磁感应，高压绕组产生就感应出几千伏乃至上万伏的交变高电压。

展示实验用高压发生器和家用煤气点火器
2．自感现象的危害和防止
多媒体视频演示：串联有自感线圈的电路中开关断开时产生了电弧的现象
通过实验现象，教师教育同学们在发现煤气泄漏时，不要闭合或断开电路开关，以免产生电弧引起火灾。

[作业布置]
课本P37 1、、3、4。