《自感现象及其应用》教案设计

【教学目的】
1.通过逻辑推理和对实验的观察和分析，使学生在电磁感应知识的基础上理解自感现象的产生的它的规律，明确自感系数的意义和决定条件
2.通过对两个自感实验的观察和讨论，培养学生的观察能力和分析推理能力
3.日光灯的原理
【重点难点】
重点：使学生在掌握了自感现象与电磁感应现象统一性的基础上，把握自感现象的特点。
难点：断电自感现象中，灯泡突然闪亮一下学生很难理解，是教学中的难点。
【教具】电源(6V)、导线、带闭合铁芯的线圈、电键、灯泡，相关的教学视频等
【教学过程】
复习引入
师：上节课提到了几种不同形式的电磁感应现象，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：对！不论采用什么方式，只要能使穿过电路的磁通量发生变化，均能引起电磁感应现象。
(一)自感现象
1.揭示现象，提出问题
[实验]：6V电源，A、B为裸露铜线，L为带闭合铁芯的线圈

提出问题：在A、B触点断开瞬间，A、B间的高压从何而来？
2.分析现象，建立概念
在上图所示的电路中，当电键搭接后，线圈中存在稳定的电流I，线圈内部铁心中存在很强的磁场，穿过线圈的磁通量很大；在电键断开瞬间，在很短的时间内，线圈中的电流迅速减小到零，穿过线圈的磁通量也迅速减小到零，磁通量的变化量虽然不是很大。但由于时间很短，在电键由接通至断开瞬间，对于线圈来说，在线圈上产生了很高的感生电动势，这就是引起试验学生强烈触电感觉的高压的来源。
上述现象属于一种特殊的电磁感应现象，其中穿过电路磁通量的变化是由于通过导体本身的电流发生变化而引起的。
这种由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫做自感现象。在自感现象中产生的感应电动势，叫做自感电动势。
3.演示现象，强化概念

总结1：电路接通时，电流由零开始增加，L支路中感应电流方向与原来电流方向相反，阻碍电流的增加，即推迟了电流达到正常值的时间(见上左图)。启发学生说出这时L相当于瞬时电源(将原电流方向及自感电流的方向在图中标出)
问：如果不断地用手按动S，会发生什么现象？
(灯1始终达不到正常发光亮度)加快按动频率，又有什么现象？(灯1逐渐变得更暗)思考这是什么原因？
总结2：S断开，电源切断，但灯不仅不立刻熄灭，反而产生了更强的延时电流，这是为什么？提醒学生，这时一定又出现了新电源，这个电源在哪里？电动势的方向如何？

S断开时，线圈L产生自感电动势，方向与原来电流方向相同，阻碍电流的减小。L相当一瞬时电源，此电源与灯A形成回路(在图中画出电流方向)，故灯A还有一段时间的持续电流。灯A比原来更亮地一闪，说明这瞬间电流比原来电流大。显然这是由L产生的。原来L支路中电流iL比A支路中电流iA大很多(如上右图)，S断开时，iA立即减为零，而iL由原原值逐渐减为零，推迟了减到零的时间，可见在一段时间内，流过A的电流还大于原来的电流iA，故而发出更亮的光。
自感电动势的方向总是阻碍原来电流的变化。
自感现象既然也是一种电磁感应现象，当然仍然遵守楞次定律，即自感电动势的方向总是阻碍原来电流的变化。
4.观看视频，强化理解
通过观看实验视频让学生理解通电及断电自感中电路电流的变化情况，加深对自感现象的理解。
5.自感系数
演示“千人震”实验，折掉铁芯，触电感觉消失，说明线圈中产生的自感电动势还与线圈本身有关。
(1)自感系数反映了线圈对电流变化阻碍作用的大小，不同线圈，自感系数不同，它由线圈本身决定(S、n、密集、铁心)
(2)单位：享利
(3)大小：
(二)日光灯的主要组成
日光灯主要由灯管、镇流器、启动器组成。
分别将灯管、镇流器、启动器的实物模型展示在投影仪上，对其结构及其原理进行讲解。
教师出示碎日光灯，如图，向学生介绍灯管的构造及发光原理。

教师讲解：灯管内充有微量的惰性气体(如：氩)和稀薄的汞蒸气，两个灯丝之间的气体导电时发出紫外线，使涂在管壁上的荧光粉发出柔和的可见光。
教师说明：①管内所充气体不同、管壁所涂的荧光粉不同，发光的颜色就不同；②日光灯开始点燃时，要激发汞蒸气导电需要一个高出电源电压很多的电压，而正常发光时，灯管的电阻变得很小(因为气体导电的电阻小)，只允许通过不大的电流，这时要求加在灯管上的电压低于电源电压。（通过观看实验视频让学生直观的了解）
教师出示拆开的镇流器，如图，向学生介绍镇流器的构造——是一个带铁芯的线圈，自感系数很大。

教师出示拆开的起动器，如图，要求学生观察并总结启动器的主要构造：
启动器主要是一个充有氖气的小玻璃泡，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金属制成的U形动触片。

教师演示双金属片受热弯曲的实验，同时讲述温度升高时，动触片与静触片接通的原理。
平常动触片与静触片之间不接触，有小缝隙，双金属片受热时，两金属片膨胀程度不同，下层的膨胀大一些，使U形动触片稍伸开一点，与静触片接触。
教师说明：启动器中与动、静触片并接的电容器只是起一个使动、静触片在分离时不产生火花，以免烧坏触点。即使没有电容器，启动器也能工作。
(三)电路连接
教师利用投影仪出示日光灯的电路连接图。如图。

(四)日光灯的工作过程
引导学生分析并掌握日光灯工作的全过程。
1.K闭合，启动器的动、静触片先接通，后分离。
K闭合时，电源将电压加在起动器两极间，使氖气放电发出辉光，辉光产生热量使U形动触片膨胀伸长，与静触片接通。于是在镇流器线圈和灯管的灯丝间有电流通过。电路接通后，起动器的氖气停止放电，U形动触片冷却收缩，两触片分离，电路自动断开。
2.启动器的动、静触片分离的瞬间，镇流器由于自感产生一个瞬时高压并与电源电压一起加在灯管的两灯丝间，使灯管中的汞蒸气导电，气体导电时发出的紫外线，使涂在管壁的荧光粉发出柔和的可见光。
3.日光灯启动后，镇流器由于自感作用使加在灯管上的电压低于电源电压，使灯管正常工作。
日光灯点燃后，只允许通过不大的电流。由于灯管正常工作时，因为是气体导电，电阻小，故要求加在灯管两端的电压不能太大(低于电源电压220V)。日光灯用交变电源供电，正常工作时，在镇流器中产生自感电动势阻碍电流变化，镇流器等效于一个大电阻并与一个小电阻(灯管)串联在220V的电源电压两端，使灯管两端所加的电压较小而正常工作。
教师引导学生总结镇流器在日光灯工作过程中的作用：
(1)启动时，产生瞬时高压。(2)正常工作时，降压限流。
要求学生思考下面的问题并作出回答。
问题1.日光灯的可见光是谁发出呢？是不是汞蒸气发出？
问题2.日光灯为什么能节电?
学生回答：
1.汞蒸气导电时发出紫外线，使涂在管壁上的荧光粉发出柔和的可见光。不是汞蒸气发出。
2.日光灯由于靠离子导电，电阻很小，故电流的热效应很小，这样日光灯能节约电能。
五、小  结
● 自感现象产生的原因--由于通过导体本身电流的变化；自感电动势的作用--阻碍导体中原来电流的变化。
● 自感系数的决定因素和单位。
● 日光灯的结构和工作原理。