“断电自感”实验的误区与分析

路玉燕

〔关键词〕 物理教学；“断电自感”实验；误区

〔中图分类号〕 G633.7 〔文献标识码〕 A

〔文章编号〕 1004—0463（2014）19—0119—01

断电自感实验是高中物理重要的演示实验之一，也是电磁感应部分高考的热点之一.虽然教师在课堂上做了演示实验，又进行了理论分析，学生还是对断电自感的认识存在一些问题.下面，笔者结合教学实践，谈谈断电自感实验中学生认识的几个误区.

误区一：误认为断电自感实验现象是灯泡一定闪亮一下才熄灭。存在这样认识的原因是教材中为了使实验效果更明显，设计的实验是开关断开的瞬间灯泡闪亮一下才逐渐熄灭，使学生形成了这样认识.实际此实验的现象是：灯泡会逐渐变暗并熄灭，并不一定闪亮一下才熄灭.

分析：实验电路如下图1所示：

1.当K断开的瞬间，A中原电流立即消失，但由于通过L的电流要减小，线圈中产生阻碍电流减小的与原电流同向的自感电动势，使其中电流减小的速度减慢.这时，虽然电源已切断，但线圈L和灯泡A组成了闭合回路，自感电动势在这个回路中产生与原电流方向相同的自感电流通过灯泡A（此时A 中电流方向与原电流方向是相反的），因此灯泡不会立即熄灭，而是逐渐熄灭.

2.灯泡是否会闪亮后逐渐熄灭取决于电路稳定时通过灯泡和线圈的电流IA和IL大小（IA和IL分别为电路稳定时灯泡和线圈中电流大小）.当IL >IA时，断电瞬间由线圈和灯泡组成的回路的电流就要从IL开始减小，这样灯泡会闪亮一下再逐渐熄灭；若IL =IA，则断开电路的瞬间，灯泡会逐渐熄灭.若IL < IA，电路断开时，灯泡会突然暗一下再逐渐熄灭.灯A“闪亮”的条件：

⑴当线圈L的直流电阻为RL≥RA时，必有稳定电流IL≤IA，故断开K的瞬间通过灯A的电流的大小为IL而较A的电流IA小，因而灯A将逐渐变暗到熄灭.

⑵当线圈L的直流电阻为RL

说明，上面所说的断开K前IL >IA只是小灯光闪亮的一个必要条件，它是否闪亮还与线圈是否带有铁芯有关.

误区二：误认为K断开的瞬间电路中电流会大于IL .学生认为K断开时线圈中的自感电动势产生与原来电流方向相同的电流，因此电路中的实际电流是二者之和，即大于IL .

分析：1.由楞次定律知，K闭合或断开的瞬间在线圈中产生的自感电动势，其作用是阻碍导体本身电流的变化。当原来电流增大时，自感电动势与原来电流反向；当原来电流减小时，自感电动势与原来电流同向.值得注意的是：“阻碍”并不是“阻止”，而是“延缓”.因此通电自感电动势不会超过电源的电动势，断电自感电流的大小不会超过断电前瞬间线圈中的电流的大小IL，这正是“阻碍”意义的真实体现.因此断开K的瞬间，电路中最大电流是IL.

2. 从能量的角度分析：电路断开后线圈将原来储存起来的能量（磁场能）通过自感而经回路L、A释放，故在K断开前、后的瞬间线圈的能量（磁场能）是相等的，而磁场是由电流产生的，因而K断开后瞬间线圈中的总电流强度与断开前的电流强度IL必相等.所以断电自感中线圈中的电流将从断开前的电流强度IL开始减小。那么开关断开瞬间加于电灯L两端的瞬间电压为UA=ILRA.

误区三：误认为断开K的瞬间自感电动势不会超过电源电动势.

分析：根据E=L可知，自感电动势与电流变化率成正比，还与线圈本身有关，如线圈的大小，形状，匝数，以及是否带有铁芯有关，而与电源电动势无直接关系，在断电自感中自感电动势可以大于电源电动势.如日光灯开始工作时，在启辉器断电的瞬间，镇流器产生一个远远高于220V的自感电动势，与电源电压一起加在日光灯的两端，使灯管内气体导通而发光.

编辑：谢颖丽

〔关键词〕 物理教学；“断电自感”实验；误区

〔中图分类号〕 G633.7 〔文献标识码〕 A

〔文章编号〕 1004—0463（2014）19—0119—01

断电自感实验是高中物理重要的演示实验之一，也是电磁感应部分高考的热点之一.虽然教师在课堂上做了演示实验，又进行了理论分析，学生还是对断电自感的认识存在一些问题.下面，笔者结合教学实践，谈谈断电自感实验中学生认识的几个误区.

误区一：误认为断电自感实验现象是灯泡一定闪亮一下才熄灭。存在这样认识的原因是教材中为了使实验效果更明显，设计的实验是开关断开的瞬间灯泡闪亮一下才逐渐熄灭，使学生形成了这样认识.实际此实验的现象是：灯泡会逐渐变暗并熄灭，并不一定闪亮一下才熄灭.

分析：实验电路如下图1所示：

1.当K断开的瞬间，A中原电流立即消失，但由于通过L的电流要减小，线圈中产生阻碍电流减小的与原电流同向的自感电动势，使其中电流减小的速度减慢.这时，虽然电源已切断，但线圈L和灯泡A组成了闭合回路，自感电动势在这个回路中产生与原电流方向相同的自感电流通过灯泡A（此时A 中电流方向与原电流方向是相反的），因此灯泡不会立即熄灭，而是逐渐熄灭.

2.灯泡是否会闪亮后逐渐熄灭取决于电路稳定时通过灯泡和线圈的电流IA和IL大小（IA和IL分别为电路稳定时灯泡和线圈中电流大小）.当IL >IA时，断电瞬间由线圈和灯泡组成的回路的电流就要从IL开始减小，这样灯泡会闪亮一下再逐渐熄灭；若IL =IA，则断开电路的瞬间，灯泡会逐渐熄灭.若IL < IA，电路断开时，灯泡会突然暗一下再逐渐熄灭.灯A“闪亮”的条件：

⑴当线圈L的直流电阻为RL≥RA时，必有稳定电流IL≤IA，故断开K的瞬间通过灯A的电流的大小为IL而较A的电流IA小，因而灯A将逐渐变暗到熄灭.

⑵当线圈L的直流电阻为RL

说明，上面所说的断开K前IL >IA只是小灯光闪亮的一个必要条件，它是否闪亮还与线圈是否带有铁芯有关.

误区二：误认为K断开的瞬间电路中电流会大于IL .学生认为K断开时线圈中的自感电动势产生与原来电流方向相同的电流，因此电路中的实际电流是二者之和，即大于IL .

分析：1.由楞次定律知，K闭合或断开的瞬间在线圈中产生的自感电动势，其作用是阻碍导体本身电流的变化。当原来电流增大时，自感电动势与原来电流反向；当原来电流减小时，自感电动势与原来电流同向.值得注意的是：“阻碍”并不是“阻止”，而是“延缓”.因此通电自感电动势不会超过电源的电动势，断电自感电流的大小不会超过断电前瞬间线圈中的电流的大小IL，这正是“阻碍”意义的真实体现.因此断开K的瞬间，电路中最大电流是IL.

2. 从能量的角度分析：电路断开后线圈将原来储存起来的能量（磁场能）通过自感而经回路L、A释放，故在K断开前、后的瞬间线圈的能量（磁场能）是相等的，而磁场是由电流产生的，因而K断开后瞬间线圈中的总电流强度与断开前的电流强度IL必相等.所以断电自感中线圈中的电流将从断开前的电流强度IL开始减小。那么开关断开瞬间加于电灯L两端的瞬间电压为UA=ILRA.

误区三：误认为断开K的瞬间自感电动势不会超过电源电动势.

分析：根据E=L可知，自感电动势与电流变化率成正比，还与线圈本身有关，如线圈的大小，形状，匝数，以及是否带有铁芯有关，而与电源电动势无直接关系，在断电自感中自感电动势可以大于电源电动势.如日光灯开始工作时，在启辉器断电的瞬间，镇流器产生一个远远高于220V的自感电动势，与电源电压一起加在日光灯的两端，使灯管内气体导通而发光.

编辑：谢颖丽

〔关键词〕 物理教学；“断电自感”实验；误区

〔中图分类号〕 G633.7 〔文献标识码〕 A

〔文章编号〕 1004—0463（2014）19—0119—01

断电自感实验是高中物理重要的演示实验之一，也是电磁感应部分高考的热点之一.虽然教师在课堂上做了演示实验，又进行了理论分析，学生还是对断电自感的认识存在一些问题.下面，笔者结合教学实践，谈谈断电自感实验中学生认识的几个误区.

误区一：误认为断电自感实验现象是灯泡一定闪亮一下才熄灭。存在这样认识的原因是教材中为了使实验效果更明显，设计的实验是开关断开的瞬间灯泡闪亮一下才逐渐熄灭，使学生形成了这样认识.实际此实验的现象是：灯泡会逐渐变暗并熄灭，并不一定闪亮一下才熄灭.

分析：实验电路如下图1所示：

1.当K断开的瞬间，A中原电流立即消失，但由于通过L的电流要减小，线圈中产生阻碍电流减小的与原电流同向的自感电动势，使其中电流减小的速度减慢.这时，虽然电源已切断，但线圈L和灯泡A组成了闭合回路，自感电动势在这个回路中产生与原电流方向相同的自感电流通过灯泡A（此时A 中电流方向与原电流方向是相反的），因此灯泡不会立即熄灭，而是逐渐熄灭.

2.灯泡是否会闪亮后逐渐熄灭取决于电路稳定时通过灯泡和线圈的电流IA和IL大小（IA和IL分别为电路稳定时灯泡和线圈中电流大小）.当IL >IA时，断电瞬间由线圈和灯泡组成的回路的电流就要从IL开始减小，这样灯泡会闪亮一下再逐渐熄灭；若IL =IA，则断开电路的瞬间，灯泡会逐渐熄灭.若IL < IA，电路断开时，灯泡会突然暗一下再逐渐熄灭.灯A“闪亮”的条件：

⑴当线圈L的直流电阻为RL≥RA时，必有稳定电流IL≤IA，故断开K的瞬间通过灯A的电流的大小为IL而较A的电流IA小，因而灯A将逐渐变暗到熄灭.

⑵当线圈L的直流电阻为RL

说明，上面所说的断开K前IL >IA只是小灯光闪亮的一个必要条件，它是否闪亮还与线圈是否带有铁芯有关.

误区二：误认为K断开的瞬间电路中电流会大于IL .学生认为K断开时线圈中的自感电动势产生与原来电流方向相同的电流，因此电路中的实际电流是二者之和，即大于IL .

分析：1.由楞次定律知，K闭合或断开的瞬间在线圈中产生的自感电动势，其作用是阻碍导体本身电流的变化。当原来电流增大时，自感电动势与原来电流反向；当原来电流减小时，自感电动势与原来电流同向.值得注意的是：“阻碍”并不是“阻止”，而是“延缓”.因此通电自感电动势不会超过电源的电动势，断电自感电流的大小不会超过断电前瞬间线圈中的电流的大小IL，这正是“阻碍”意义的真实体现.因此断开K的瞬间，电路中最大电流是IL.

2. 从能量的角度分析：电路断开后线圈将原来储存起来的能量（磁场能）通过自感而经回路L、A释放，故在K断开前、后的瞬间线圈的能量（磁场能）是相等的，而磁场是由电流产生的，因而K断开后瞬间线圈中的总电流强度与断开前的电流强度IL必相等.所以断电自感中线圈中的电流将从断开前的电流强度IL开始减小。那么开关断开瞬间加于电灯L两端的瞬间电压为UA=ILRA.

误区三：误认为断开K的瞬间自感电动势不会超过电源电动势.

分析：根据E=L可知，自感电动势与电流变化率成正比，还与线圈本身有关，如线圈的大小，形状，匝数，以及是否带有铁芯有关，而与电源电动势无直接关系，在断电自感中自感电动势可以大于电源电动势.如日光灯开始工作时，在启辉器断电的瞬间，镇流器产生一个远远高于220V的自感电动势，与电源电压一起加在日光灯的两端，使灯管内气体导通而发光.

编辑：谢颖丽