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高考物理自感电路中灯泡闪亮与不闪亮 [复制链接]

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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

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

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

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.

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