高考物理自感电路中灯泡闪亮与不闪亮 [复制链接]

定义：

当导体中的电流发生变化时，它周围的磁场就随着变化，并由此产生磁通量的变化，因而在导体中就产生感应电动势，这个电动势总是阻碍导体中原来电流的变化，此电动势即自感电动势。这种现象就叫做自感现象。

自感电动势的E：

在载流线圈中，载流线圈激发的磁场与其电流I成正比，通过线圈的磁通匝链数Ψ（当线圈为多匝时，通过各匝线圈的磁通量之和称为磁通匝链数Ψ，若通过每匝线圈的磁通量Φ都相同，则Ψ=NΦ，N为线圈匝数）也与I成正比，即Ψ=LI=NΦ。

自感电动势E=nΔΦ/Δt=LΔI/Δt

自感系数

以上二式中的比例系数L与电流无关，取决于线圈的大小、形状、匝数以及周围（特别是线圈内部）磁介质的磁导率（若为铁磁质，则L还与电流I有关）。对于相同的电流变化率，L越大，自感电动势越大，即自感作用越强。L称为自感系数，简称自感或电感，单位是亨利（H）如果通过线圈的电流在1秒钟内改变1安时产生的自感电动势是1伏，这个线圈的自感系数就是1亨。常用的较小的单位有毫亨（mH）和微亨（μH）。自感系数的计算比较复杂，常用实验方法测定，简单情形则可由毕-萨-拉定律和Ψ=LI计算。

对自感现象的理解

(1)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化.

(2)通过线圈中的电流不能发生突变，只能缓慢变化.

(3)电流稳定时，自感线圈就相当于普通导体.

(4)线圈的自感系数越大，自感现象越明显，自感电动势只是延缓了过程的进行，但它不能使过程停止，更不能使过程反向.

自感中“闪亮”与“不闪亮”问题（考点）

（1）如图1

开关S1闭合：灯泡L1缓慢变亮

开关S1断开：灯泡L1瞬间熄灭

（2）如图2

开关S1闭合：灯泡L1缓慢变亮

开关S1断开：灯泡L1缓慢熄灭（断开后流过R1的原来的电流变为0，但线圈又来充当电源，有顺时针的电流流过R1）

（3）如图3

开关S1闭合：灯泡L1瞬间变亮

开关S1断开：当R1RL1时，灯泡L1缓慢熄灭（设原来流过R1的电流为I1，流过灯泡L1的电流为I2，有I2I1；断开后流过L1的原来的电流变为0，线圈又充当电源，所以有顺时针的电流流过L1所以灯泡L1缓慢熄灭）；

当R1RL1时，灯泡闪亮后逐渐变暗（设原来流过R1的电流为I1，流过灯泡L1的电流为I2，有I2I1；断开后流过L1的原来的电流变为0，线圈又充当电源，所以有顺时针的电流I1流过L1，所以灯泡L1闪亮后逐渐变暗）。

经典例题

[典例1]　如图所示，A、B是两个完全相同的灯泡，L的自感系数较大的线圈，其直流电阻忽略不计.当开关S闭合时，下列说法正确的是(
　　)

A.A比B先亮，然后A熄灭

B.B比A先亮，然后B逐渐变暗，A逐渐变亮

C.A、B一起亮，然后A熄灭

D.A、B一起亮，然后A逐渐变亮，B的亮度不变

[解析]　开关闭合的瞬间，线圈由于自感阻碍电流通过，相当于断路，B灯先亮，之后线圈阻碍作用减弱，相当于电阻减小，则总电阻减小，总电流增大，路端电压减小，B灯所在支路电流减小，B灯变暗，A灯所在支路电流增大，A灯变亮.

[典例2]　如图所示电路中，L是一电阻可忽略不计的电感线圈，a、b为L的左、右两端点，A、B、C为完全相同的三个灯泡，原来开关S是闭合的，三个灯泡均在发光.某时刻将开关S断开，则下列说法正确的是(
　　)

A.a点电势高于b点，A灯闪亮后缓慢熄灭

B.b点电势高于a点，B、C灯闪亮后缓慢熄灭

C.a点电势高于b点，B、C灯闪亮后缓慢熄灭

D.b点电势高于a点，B、C灯不会闪亮只是缓慢熄灭

[解析]　开关S闭合稳定时，电感线圈支路的总电阻较B、C灯支路电阻小，故流过A灯的电流I1大于流过B、C灯的电流I2，且电流方向由a到b，a点电势高于b点.当开关S断开，电感线圈会产生自感现象，相当于电源，b点电势高于a点，阻碍流过A灯电流的减小，瞬间流过B、C灯支路的电流比原来的大，故B、C灯闪亮后再缓慢熄灭，故B正确.

[典例3]　在如图所示的电路中，L为一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈，D1、D2是两个完全相同的灯泡，E是一内阻不计的电源.t＝0时刻，闭合开关S，经过一段时间后，电路达到稳定，t1时刻断开开关S.I1、I2分别表示通过灯泡D1和D2的电流，规定图中箭头所示的方向为电流正方向，选项中能定性描述电流I随时间t变化关系的是(
　　)

[解析]　当S闭合时，D1、D2同时亮且通过的电流大小相等，但由于L的自感作用，D1被短路，I1逐渐减小到零，I2逐渐增大至稳定；当S再断开时，D2马上熄灭，D1与L组成回路，由于L的自感作用，D1慢慢熄灭，电流反向且减小；综上所述知A正确.

分析自感现象时的两点注意

(1)通电自感线圈中的电流不能发生突变，即通电过程中，电流是逐渐变大的；断电过程中，电流是逐渐变小的，此时线圈可等效为“电源”，该“电源”与其他元件形成回路.

(2)断电自感中，灯泡是否闪亮问题的判断

①通过灯泡的自感电流大于原电流时，灯泡闪亮；

②通过灯泡的自感电流小于等于原电流时，灯泡不会闪亮.