2019-2020年高中物理 16 自感 日光燈教案 教科版選修3-2.doc
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2019-2020年高中物理 16 自感 日光燈教案 教科版選修3-2 【教學(xué)目的】 1、 通過邏輯推理和對(duì)實(shí)驗(yàn)的觀察和分析,使學(xué)生在電磁感應(yīng)知識(shí)的基礎(chǔ)上理解自感現(xiàn)象的產(chǎn)生的它的規(guī)律,明確自感系數(shù)的意義和決定條件 2、 通過分析理解在自感現(xiàn)象中能量形式的轉(zhuǎn)化情況,為進(jìn)一步學(xué)習(xí)電磁振蕩打下基礎(chǔ) 3、 通過對(duì)兩個(gè)自感實(shí)驗(yàn)的觀察和討論,培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和分析推理能力 4、 日光燈的原理 【重點(diǎn)難點(diǎn)】 重點(diǎn):使學(xué)生在掌握了自感現(xiàn)象與電磁感應(yīng)現(xiàn)象統(tǒng)一性的基礎(chǔ)上,把握自感現(xiàn)象的特點(diǎn)。 難點(diǎn):斷電自感現(xiàn)象中,燈泡突然閃亮一下學(xué)生很難理解,是教學(xué)中的難點(diǎn)。 【教具】電源(6V)、導(dǎo)線、帶閉合鐵芯的線圈、電鍵、燈泡等 【教學(xué)過程】 ○、復(fù)習(xí)&引入 師:上節(jié)課提到了幾種不同形式的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,你們認(rèn)為引起電磁感應(yīng)現(xiàn)象最重要的條件是什么? ☆生:穿過電路的磁通量發(fā)生變化 師:對(duì)!不論采用什么方式,只要能使穿過電路的磁通量發(fā)生變化,均能引起電磁感應(yīng)現(xiàn)象。 1、 揭示現(xiàn)象,提出問題 [實(shí)驗(yàn)]:(6V電源,A、B為裸露銅線,L為帶閉合鐵芯的線圈) 提出問題:在A、B觸點(diǎn)斷開瞬間,A、B間的高壓從何而來? 2、 分析現(xiàn)象,建立概念 在上圖所示的電路中,當(dāng)電鍵K搭接后,線圈中存在穩(wěn)定的電流I,線圈內(nèi)部鐵心中存在很強(qiáng)的磁場(chǎng),穿過線圈的磁通量很大;在電鍵K斷開瞬間,在很短的時(shí)間內(nèi),線圈中的電流迅速減小到零,穿過線圈的磁通量也迅速減小到零,磁通量的變化量雖然不是很大。但由于時(shí)間很短,在電鍵K由接通至斷開瞬間,對(duì)于線圈來說,在線圈上產(chǎn)生了很高的感生電動(dòng)勢(shì),這就是引起試驗(yàn)學(xué)生強(qiáng)烈觸電感覺的高壓的來源。 上述現(xiàn)象屬于一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,其中穿過電路磁通量的變化是由于通過導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而引起的。這種由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,叫做自感現(xiàn)象。在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),叫做自感電動(dòng)勢(shì)。(板書) 3、 演示現(xiàn)象,強(qiáng)化概念(課本上的實(shí)驗(yàn)) 總結(jié)1:電路接通時(shí),電流由零開始增加,L支路中感應(yīng)電流方向與原來電流方向相反,阻礙電流的增加,即推遲了電流達(dá)到正常值的時(shí)間(見上左圖)。啟發(fā)學(xué)生說出這時(shí)L相當(dāng)于瞬時(shí)電源(將原電流方向及自感電流的方向在力中標(biāo)出) 問:如果不斷地用手按動(dòng)K,會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象?(燈1始終達(dá)不到正常發(fā)光亮度)加快按動(dòng)頻率,又有什么現(xiàn)象?(燈1逐漸變得更暗)思考這是什么原因? 總結(jié)2:K斷開,電源切斷,但燈不僅不立刻熄滅,反而產(chǎn)生了更強(qiáng)的延時(shí)電流,這是為什么?提醒學(xué)生,這時(shí)一定又出現(xiàn)了新電源,這個(gè)電源在哪里?電動(dòng)勢(shì)的方向如何? K斷開時(shí),線圈L產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì),方向與原來電流方向相同,阻礙電流的減小。L相當(dāng)一瞬時(shí)電源,此電源與燈A形成回路(在圖中畫出電流方向),故燈A還有一段時(shí)間的持續(xù)電流。燈A比原來更亮地一閃,說明這瞬間電流比原來電流大。顯然這是由L產(chǎn)生的。原來L支路中電流iL比A支路中電流iA大很多(如上右圖),K斷開時(shí),iA立即減為零,而iL由原原值逐漸減為零,推遲了減到零的時(shí)間,可見在一段時(shí)間內(nèi),流過A的電流還大于原來的電流iA,故而發(fā)出更亮的光。 板書:自感電動(dòng)勢(shì)的方向總是阻礙原來電流的變化。 自感現(xiàn)象既然也是一種電磁感應(yīng)現(xiàn)象,當(dāng)然仍然遵守楞次定律,即自感電動(dòng)勢(shì)的方向總是阻礙原來電流的變化。 4、 自感現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化 電能 磁場(chǎng)能 5、 自感系數(shù) 演示“千人震”實(shí)驗(yàn),折掉鐵芯,觸電感覺消失,說明線圈中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)還與線圈本身有關(guān)。 1) 自感系數(shù)反映了線圈對(duì)電流變化阻礙作用的大小,不同線圈,自感系數(shù)不同,它由線圈本身決定(S、n、密集、鐵心) 2) 單位:享利 3) 大?。? 【鞏固練習(xí)】 1、在如圖所示的電路(a)、(b)中,電阻R和自感線圈L的電阻值都很?。油↘,使電路達(dá)到穩(wěn)定,燈泡S發(fā)光.(A、D) (A)在電路(a)中,斷開K,S將漸漸變暗. (B)在電路(a)中,一斷開K,S將先變得更亮,然后漸漸變暗. (C)在電路(b)中,斷開K,S將漸漸變暗. (D)在電路(b)中,斷開K,S將先變得更亮,然后漸漸變暗. 2、在如圖所示的電路中,S1和S2是兩個(gè)相同的小燈泡,L是一個(gè)自感系數(shù)相當(dāng)大的線圈,其直流電阻值與R相等.在電鍵S接通和斷開時(shí),燈泡S1和S2亮暗的順序是(A) (A)接通時(shí),S1先達(dá)到最亮,斷開時(shí),S1后暗 (B)接通時(shí),S2先達(dá)到最亮,斷開時(shí),S2后暗 (C)接通時(shí),S1先達(dá)到最亮,斷開時(shí),S1先暗 (D)接通時(shí),S2先達(dá)到最亮,斷開時(shí),S2先暗 分析與解答:從等效的觀點(diǎn)看,在S接通時(shí),相當(dāng)于L表現(xiàn)為很大的電阻,故S1先達(dá)到最亮.選項(xiàng)A正確. 3、如圖所示,多匝線圈L的電阻和電源內(nèi)阻都很小,可忽略不計(jì),電路中兩個(gè)電阻器的電阻均為R,開始時(shí)電鍵S斷開.此時(shí)電路中電流強(qiáng)度為I0,現(xiàn)將電鍵S閉合、線圈L中有自感電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生,下列說法中正確的是(D) (A)由于自感電動(dòng)勢(shì)有阻礙電流的作用,電路中電流最終由I0減小到零. (B)由于自感電動(dòng)勢(shì)有阻礙電流的作用,電路中電流最終總小于I0. (C)由于自感電動(dòng)勢(shì)有阻礙電流的作用,電路中電流將保持I0不變. (D)自感電動(dòng)勢(shì)有阻礙電流增大的作用,但電路中電流最終還要增大到2 I0 4、右圖中a、b燈分別標(biāo)有“36V 40W”和“36V 25W”,閉合電鍵調(diào)節(jié),能使a、b都正常發(fā)光.?dāng)嚅_電鍵后重做實(shí)驗(yàn):電鍵閉合后看到的現(xiàn)象是什么?穩(wěn)定后那只燈較亮?再斷開電鍵,又將看到什么現(xiàn)象? 分析:閉合瞬間, a將慢慢亮起來,b立即變亮.穩(wěn)定后兩燈都正常發(fā)光,a的功率大,較亮.這時(shí)的作用相當(dāng)于一只普通的電阻(就是該線圈的內(nèi)阻);斷開瞬間,通過a的電流將逐漸減小,a漸漸變暗到熄滅,而ab組成同一個(gè)閉合回路,所以b燈也將逐漸變暗到熄滅,而且開始還會(huì)閃亮一下,這時(shí)相當(dāng)于一個(gè)電源. (二)日光燈的主要組成 日光燈主要由燈管、鎮(zhèn)流器、啟動(dòng)器組成。 分別將燈管、鎮(zhèn)流器、啟動(dòng)器的實(shí)物模型展示在投影儀上,對(duì)其結(jié)構(gòu)及其原理進(jìn)行講解。 教師出示碎日光燈,如右圖,向?qū)W生介紹燈管的構(gòu)造及發(fā)光原理。 教師講解:燈管內(nèi)充有微量的惰性氣體(如:氬)和稀薄的汞蒸氣,兩個(gè)燈絲之間的氣體導(dǎo)電時(shí)發(fā)出紫外線,使涂在管壁上的熒光粉發(fā)出柔和的可見光。 教師說明:①管內(nèi)所充氣體不同、管壁所涂的熒光粉不同,發(fā)光的顏色就不同;②日光燈開始點(diǎn)燃時(shí),要激發(fā)汞蒸氣導(dǎo)電需要一個(gè)高出電源電壓很多的電壓,而正常發(fā)光時(shí),燈管的電阻變得很小(因?yàn)闅怏w導(dǎo)電的電阻?。?,只允許通過不大的電流,這時(shí)要求加在燈管上的電壓低于電源電壓。 教師出示拆開的鎮(zhèn)流器,如右圖,向?qū)W生介紹鎮(zhèn)流器的構(gòu)造——是一個(gè)帶鐵芯的線圈,自感系數(shù)很大。 教師出示拆開的起動(dòng)器,如右圖,要求學(xué)生觀察并總結(jié)啟動(dòng)器的主要構(gòu)造: 啟動(dòng)器主要是一個(gè)充有氖氣的小玻璃泡,里面裝有兩個(gè)電極,一個(gè)是靜觸片,一個(gè)是由兩個(gè)膨脹系數(shù)不同的金屬制成的U形動(dòng)觸片。 教師演示雙金屬片受熱彎曲的實(shí)驗(yàn),同時(shí)講述溫度升高時(shí),動(dòng)觸片與靜觸片接通的原理。 平常動(dòng)觸片與靜觸片之間不接觸,有小縫隙,雙金屬片受熱時(shí),兩金屬片膨脹程度不同,下層的膨脹大一些,使U形動(dòng)觸片稍伸開一點(diǎn),與靜觸片接觸。 教師說明:?jiǎn)?dòng)器中與動(dòng)、靜觸片并接的電容器只是起一個(gè)使動(dòng)、靜觸片在分離時(shí)不產(chǎn)生火花,以免燒壞觸點(diǎn)。即使沒有電容器,啟動(dòng)器也能工作。 (二)電路連接 教師利用投影儀出示日光燈的電路連接圖。如右圖。 (三)日光燈的工作過程 引導(dǎo)學(xué)生分析并掌握日光燈工作的全過程。 1、K閉合,啟動(dòng)器的動(dòng)、靜觸片先接通,后分離。 K閉合時(shí),電源將電壓加在起動(dòng)器兩極間,使氖氣放電發(fā)出輝光,輝光產(chǎn)生熱量使U形動(dòng)觸片膨脹伸長(zhǎng),與靜觸片接通。于是在鎮(zhèn)流器線圈和燈管的燈絲間有電流通過。電路接通后,起動(dòng)器的氖氣停止放電,U形動(dòng)觸片冷卻收縮,兩觸片分離,電路自動(dòng)斷開。 2、啟動(dòng)器的動(dòng)、靜觸片分離的瞬間,鎮(zhèn)流器由于自感產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)高壓并與電源電壓一起加在燈管的兩燈絲間,使燈管中的汞蒸氣導(dǎo)電,氣體導(dǎo)電時(shí)發(fā)出的紫外線,使涂在管壁的熒光粉發(fā)出柔和的可見光。 3、日光燈啟動(dòng)后,鎮(zhèn)流器由于自感作用使加在燈管上的電壓低于電源電壓,使燈管正常工作。 日光燈點(diǎn)燃后,只允許通過不大的電流。由于燈管正常工作時(shí),因?yàn)槭菤怏w導(dǎo)電,電阻小,故要求加在燈管兩端的電壓不能太大(低于電源電壓220V)。日光燈用交變電源供電,正常工作時(shí),在鎮(zhèn)流器中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流變化,鎮(zhèn)流器等效于一個(gè)大電阻并與一個(gè)小電阻(燈管)串聯(lián)在220V的電源電壓兩端,使燈管兩端所加的電壓較小而正常工作。 教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)鎮(zhèn)流器在日光燈工作過程中的作用: ⑴啟動(dòng)時(shí),產(chǎn)生瞬時(shí)高壓。⑵正常工作時(shí),降壓限流。 要求學(xué)生思考下面的問題并作出回答。 問題1:日光燈的可見光是誰發(fā)出呢?是不是汞蒸氣發(fā)出? 問題2:日光燈為什么能節(jié)電? 學(xué)生回答: 1.汞蒸氣導(dǎo)電時(shí)發(fā)出紫外線,使涂在管壁上的熒光粉發(fā)出柔和的可見光。不是汞蒸氣發(fā)出。 2.日光燈由于靠離子導(dǎo)電,電阻很小,故電流的熱效應(yīng)很小,這樣日光燈能節(jié)約電能。 三、鞏固練習(xí) 1.如圖所示,L是自感系數(shù)很大,直流電阻很小的線圈,電表的零刻度都在表盤的中央,且量程均較大,閉合電鍵S,各表的指針都偏向零刻度的右邊,則在斷開電鍵的瞬間,哪幾個(gè)表指針偏向零刻度的左邊? A.A1表 B.A2表 C.A3表 D.V表 ( CD ) 2.在日光燈的連接線路中,關(guān)于啟動(dòng)器的作用,以下說法正確的是: A.日光燈起動(dòng)時(shí),為燈管提供瞬時(shí)高壓; ( C ) B.日光燈正常工作時(shí),起降壓限流的作用; C.起到一個(gè)自動(dòng)開關(guān)的作用,實(shí)際上可用一個(gè)彈片開關(guān)代替(按下接通,放手?jǐn)嚅_); D.以上說法均不正確。 3.日光燈鎮(zhèn)流器的作用是: ( BC ) A.啟動(dòng)時(shí)限制燈管中電流; B.啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生瞬間高壓,點(diǎn)燃燈管; C.工作時(shí)降壓限流,使燈管在較低電壓下工作; D.工作時(shí)維持燈管兩端有高于電源的電壓,使燈管正常工作。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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