一、自感現象的分析思路
1.明确通過自感線圈的電流的變化情況(增大還是減小)。
2.判斷自感電動勢方向,電流增強時(如通電時),自感電動勢方向與電流方向相反;電流減小時(如斷電時),自感電動勢方向與電流方向相同。
3.分析線圈中電流變化情況,電流增強時(如通電時),由于自感電動勢方向與原電流方向相反,阻礙增加,電流逐漸增大;電流減小時(如斷電時),由于自感電動勢方向與原電流方向相同,阻礙減小,線圈中電流方向不變,電流逐漸減小。
4.明确電路中元件與自感線圈的連接方式,若元件與自感線圈串聯,元件中的電流與線圈中電流有相同的變化規律;若元件與自感線圈并聯,元件上的電壓與線圈上的電壓有相同的變化規律;若元件與自感線圈構成臨時回路,元件成為自感線圈的臨時外電路,元件中的電流大小與線圈中電流大小有相同的變化規律。
5.分析阻礙的結果,具體見下表
二、對通電自感和斷電自感的理解
在處理通斷電自感燈泡亮度變化問題時,不能一味套用結論,如通電時逐漸變亮,斷電時逐漸變暗,或閃亮一下逐漸變暗,要具體問題具體分析,關鍵要搞清楚電路連接情況。
斷電前,燈泡電流I1取決于燈泡上的電壓和燈泡自身電阻,斷電後,燈泡電流取決于線圈中的電流,若線圈中電流斷電前為I2,斷電後逐漸減小,燈泡中電流也由I2逐漸減小。所以,若I2≤I1,燈泡中電流由I2逐漸減小,燈泡逐漸變暗;若I2>I1,燈泡中電流先增大後減小,燈泡先亮一下後逐漸變暗。
【名師點睛】
1.電流減小時,自感線圈中電流大小一定小于原先所通電流大小,自感電動勢可能大于原電源電動勢。
2. 在電路斷開時,自感線圈的自感電動勢阻礙原電流的減小,此時自感線圈在電路中相當于一個電源,表現為兩個方面:一是自感電動勢所對應的電流方向與原電流方向一緻;二是在斷電瞬間,自感電動勢所對應的電流大小與原電流的大小相等,以後在此電流基礎上開始緩慢減小到零。關于自感的本質,可以理解為自感的結果使線圈中電流的變化延緩。
3. 磁場的能量
自感現象中的能量轉化仍然遵循能量守恒定律,其能量轉化過程是這樣的:閉合開關時,電源克服自感的阻礙作用做功,把電能儲存在線圈中,此時,電能變成了磁場能;斷開開關時,儲存在線圈中的磁場能釋放出來轉化成小燈泡的電能,該電能又通過發光、發熱,轉變成了光能和内能。
自感實驗告訴我們:磁場具有能量,磁場能夠儲存能量。
【典例1】如圖所示的電路中,電源電動勢為E,内阻r不能忽略.R1和R2是兩個定值電阻,L是一個自感系數較大,電阻可忽略的線圈.開關S原來是斷開的,從閉合開關S到電路中電流達到穩定為止的時間内,通過R1的電流I1和通過R2的電流I2的變化情況是()
A.I1開始較大而後逐漸變小B.I1開始很小而後逐漸變大
C.I2開始很小而後逐漸變大D.I2開始較大而後逐漸變小
【審題指導】
(1) 電流變化時,電感線圈對電流的變化有阻礙作用。(2)電流穩定時,電感線圈相當于一段導線。
【典例2】(多選)如圖甲、乙所示的電路中,電阻R和自感線圈L的電阻值都很小,且小于燈泡A的電阻,接通S,使電路達到穩定,燈泡A發光,則()
A.在電路甲中,斷開S後,A将逐漸變暗
B.在電路甲中,斷開S後,A将先變得更亮,然後才逐漸變暗
C.在電路乙中,斷開S後,A将逐漸變暗
D.在電路乙中,斷開S後,A将先變得更亮,然後才逐漸變暗
方法提煉
1.對自感現象“阻礙”作用的理解
(1)流過線圈的電流增加時,線圈中産生的自感電動勢阻礙電流的增加,使其緩慢地增加;
(2)流過線圈的電流減小時,線圈中産生的自感電動勢阻礙原電流的減小,使其緩慢地減小。
2.分析自感現象應注意
(1)通過自感線圈中的電流不能發生突變,即通電過程中,電流逐漸變大,斷電過程中,電流逐漸變小,此時線圈可等效為“電源”,該“電源”與其他電路元件形成回路;
(2)斷電自感現象中燈泡是否“閃亮”的判斷:若斷電後通過燈泡的電流比原來強,則燈泡先閃亮,再慢慢熄滅。
【典例3】某同學為了驗證斷電自感現象,自己找來帶鐵芯的線圈L,小燈泡A ,開關S和電池組E,用導線将它們連接成如圖所示的電路。檢查電路後,閉合開關S,小燈泡發光;再斷開開關S,小燈泡僅有不顯著的延時熄滅現象。雖經多次重複,仍未見老師演示時出現的小燈泡閃亮現象,他冥思苦想找不出原因。你認為最有可能造成小燈泡未閃亮的原因是()
A.電源的内阻較大 B.小燈泡電阻偏大 C.線圈電阻偏大 D.線圈的自感系數較大
【精選針對訓練】
1. (多選)如圖所示的電路中,L為一個自感系數很大、直流電阻不計的線圈,D1、D2是兩個完全相同的燈泡,E是一内阻不計的電源。t=0時刻,閉合開關S,經過一段時間後,電路達到穩定,t1時刻斷開開關S。I1、I2分别表示通過燈泡D1和D2的電流,規定圖中箭頭所示的方向為電流正方向,以下各圖中能定性描述電流I随時間t變化關系的是()
2. 在如圖所示的電路中,LA、LB為兩個完全相同的燈泡,L是自感線圈,在S閉合狀态下,LA、LB都能正常發光。現突然斷開S,則()
A.LA、LB會突然亮一下再熄滅 B.LA會突然亮一下再熄滅,LB突然熄滅
C.LA、LB同時熄滅 D.LB先熄滅,LA後熄滅
3. 在如圖14所示的電路中,A1、A2、A3為額定功率、額定電壓均相同的三個燈泡,L為電阻不計、自感系數很大的線圈。則下列說法正确的是()
A.開關S閉合的瞬間,三個燈同時亮
B.開關S閉合的瞬間,A2、A3同時亮,A1逐漸變亮
C.開關S斷開的瞬間,A2、A3同時熄滅,A1逐漸熄滅
D.開關S斷開的瞬間,A3立即熄滅,A2閃亮一下再逐漸熄滅
4. 如圖所示的電路,開關原先閉合,電路處于穩定狀态,在某一時刻突然斷開開關S,則通過電阻R1中的電流I1随時間變化的圖線可能是下圖中的()
5. 如下圖所示,閉合電路中的螺線管可自由伸縮,螺線管有一定的長度,這時燈泡具有一定的亮度,若将一軟鐵棒從螺線管左邊迅速插入螺線管内,則将看到()
A. 燈泡變暗 B.燈泡變亮 C.螺線管縮短 D.螺線管長度不變
7. 如圖所示的電路中A1和A2是兩個相同的小燈泡,L是一個自感系數相當大的線圈,其阻值與R相同。在開關S接通和斷開時,燈泡A1和A2亮暗的順序是()
A.接通時A1先達最亮,斷開時A1後滅B.接通時A2先達最亮,斷開時A1後滅
C.接通時A1先達最亮,斷開時A1先滅D.接通時A2先達最亮,斷開時A2先滅
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