高中物理“断电自感”中的电流问题剖析

1、自感现象（1）实验电路图1为通电自感实验，图2为断电自感实验。

说明：图1中调节R后使两灯泡亮度相同。

在图2中流过线圈l的电流大于流过灯泡L的电流，即。

（2）实验现象在图1中，闭合开关S，灯泡立刻正常发光，而跟线圈L串联的灯泡却是逐渐亮起来。

在图1中，断开开关S，灯泡L并非立即熄灭，而是过一会才逐渐熄灭。

（3）实验分析①现象分析：上述两种实验电路中有一个共同点，那就是闭合开关或断开开关时，流过线圈的电流都发生了变化。

概念：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。

说明：自感现象是一种特殊的电磁感应现象。

在断电自感实验中，S断开前后，流过灯泡L的电流方向相反。

②本质分析：由法拉第电磁感应定律知道，穿过线路的磁通量发生变化时，线路中就产生感应电动势。

在自感现象中，由于流过线圈的电流发生变化，导致穿过线圈的磁通量发生变化而产生自感电动势。

注意：在图1中，通电时产生的自感电动势阻碍线圈的电流增加，故逐渐亮起来；在图2中断电时产生的电动势阻碍线圈的电流减小，当S断开后，灯泡L和线圈l组成了新的闭合电路，自感电动势所提供的电流方向和线圈中原来的电流方向相同，但流过L的电流方向却和原来相反。

小结：自感电动势的作用：总是阻碍导体中原电流的变化，即总是起着推迟电流变化的作用。

2、自感电动势与自感系数（1）自感电动势在自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势。

其作用是阻碍导体本身电流的变化。

表达式：。

即自感电动势与电流的变化率成正比。

其中L为自感系数。

（2）自感电动势的方向自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化，当原来电流增大时，自感电动势与原来电流方向相反；当原来电流在减小时，自感电动势与原来电流方向相同。

（3）自感系数L①自感系数简称自感或电感，不同的线圈，在电流变化相同的条件下，产生的自感电动势不同，电学中用自感系数来表示线圈的这种特性。

②线圈的长度越长，线圈的面积越大，单位长度上匝数越多，线圈的自感系数越大。

自感现象及其应用1．当线圈中电流变化时，线圈本身产生自感电动势，这个电动势阻碍原电流的变化。

2．自感电动势的大小与通过线圈的磁通量变化的快慢和自感系数大小有关。

3．线圈越粗、越长、匝数越多，它的自感系数就越大。

此外，有铁芯的线圈自感系数比没有铁芯时大得多。

一、自感现象1．实验探究2．自感现象由于线圈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。

3．自感电动势在自感现象中产生的感应电动势，叫做自感电动势。

二、自感系数1．物理意义描述通电线圈自身影响自感电动势的特性的物理量，简称自感或电感。

2．影响因素线圈的形状、长短、匝数和有无铁芯。

线圈越粗、越长、匝数越多，其自感系数就越大，有铁芯时线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。

3．单位亨利，简称亨，符号是H，常用的较小单位有毫亨和微亨。

三、日光灯1．构造如图1­6­1所示，由灯管、镇流器和启动器组成。

图1­6­12．灯管(1)工作原理：在高压激发下，灯管内两灯丝间的气体导电，发出紫外线，管壁上的荧光粉在紫外线的照射下发出可见光。

(2)气体导电的特点：只有当灯管两端的电压达到一定值时，气体才能电离导电；而要在灯管中维持一定大小的电流，所需的电压却低得多。

3．启动器的构造及作用(1)构造：双金属片(U形动触片和静触片)。

(2)作用：在开关闭合后，使电路短暂接通再将电路断开。

4．镇流器的作用(1)启动时产生瞬时高压使灯管发光。

(2)正常发光时，起着降压、限流的作用，保证日光灯的正常工作。

1．自主思考——判一判(1)线圈的自感系数与电流大小无关，与电流的变化率有关。

(×)(2)线圈自感电动势的大小与自感系数L有关，反过来，L与自感电动势也有关。

(×)(3)线圈中电流最大的瞬间可能没有自感电动势。

(√)(4)自感现象中，感应电流一定与原电流方向相反。

(×)(5)一个线圈中的电流均匀增大，自感电动势也均匀增大。

自感现象及其应用1．当线圈中电流变化时，线圈本身产生自感电动势，这个电动势阻碍原电流的变化。

2．自感电动势的大小与通过线圈的磁通量变化的快慢和自感系数大小有关。

3．线圈越粗、越长、匝数越多，它的自感系数就越大。

此外，有铁芯的线圈自感系数比没有铁芯时大得多。

一、自感现象1．实验探究2．自感现象由于线圈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。

3．自感电动势在自感现象中产生的感应电动势，叫做自感电动势。

二、自感系数1．物理意义描述通电线圈自身影响自感电动势的特性的物理量，简称自感或电感。

2．影响因素线圈的形状、长短、匝数和有无铁芯。

线圈越粗、越长、匝数越多，其自感系数就越大，有铁芯时线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。

3．单位亨利，简称亨，符号是H，常用的较小单位有毫亨和微亨。

三、日光灯1．构造如图1­6­1所示，由灯管、镇流器和启动器组成。

图1­6­12．灯管(1)工作原理：在高压激发下，灯管内两灯丝间的气体导电，发出紫外线，管壁上的荧光粉在紫外线的照射下发出可见光。

(2)气体导电的特点：只有当灯管两端的电压达到一定值时，气体才能电离导电；而要在灯管中维持一定大小的电流，所需的电压却低得多。

3．启动器的构造及作用(1)构造：双金属片(U形动触片和静触片)。

(2)作用：在开关闭合后，使电路短暂接通再将电路断开。

4．镇流器的作用(1)启动时产生瞬时高压使灯管发光。

(2)正常发光时，起着降压、限流的作用，保证日光灯的正常工作。

1．自主思考——判一判(1)线圈的自感系数与电流大小无关，与电流的变化率有关。

(×)(2)线圈自感电动势的大小与自感系数L有关，反过来，L与自感电动势也有关。

(×)(3)线圈中电流最大的瞬间可能没有自感电动势。

(√)(4)自感现象中，感应电流一定与原电流方向相反。

(×)(5)一个线圈中的电流均匀增大，自感电动势也均匀增大。

自感，即自感现象，是指一些物体或者物体中的电路在变化时，会自动生成电动势的现象。

这个现象早在19世纪就已经被发现，并在电磁学、电力工程中得到广泛的应用。

本文将从物理角度探究自感现象的产生原因。

一、电流变化引起的磁场变化在产生自感现象的过程中，最主要的原因是电流变化引起的磁场变化。

当一个导体中有电流流过时，它会产生一个磁场，当电流变化时，这个磁场也会相应地发生变化。

根据法拉第电磁感应定律，电路中的导体在磁场中运动时，会在导体两端产生电动势。

当电路中的电流发生变化时，它会产生新的电场和磁场，从而在电路中产生电动势。

二、自电感和互电感在自感现象中，我们通常会遇到自电感和互电感的概念。

自电感是指一个电路中的电流发生变化时，电路本身会产生的电动势；而互电感则是指两个电路之间存在电磁耦合，其中一个电路的电流变化会对另一个电路产生影响。

自电感的大小与电路中导线的长度、绕组的数目、电源的频率和电路元件的材料有关。

当电流变化快速时，电磁感应的电动势也会变大。

三、自感现象的应用自感现象在现实生活中有很广泛的应用。

比如，在电子设备中，我们经常会使用自感电路对信号进行处理和过滤。

在电力工程中，自感电路也可以对电压进行限制和波形整形。

例子：我们可以在RL电路中应用自感现象。

RL电路是由一个电感和一个电阻组成的串联电路。

当电路中的电流发生变化时，电感会产生电动势，从而减缓电流变化的速度。

通过调整电阻和电感的数值，我们可以调节电路中电流的大小和频率。

四、总结自感现象是由电流变化引起的磁场变化而产生的，它在电磁学和电力工程中有着广泛的应用。

我们可以利用自感电路对信号进行处理和过滤，进行电压限制和波形整形，同时也可以在实验室中观察到自感现象的发生。

在日常生活中，我们也可以通过使用RL电路等自感电路来更好地理解和应用自感现象。

电磁感应中的电路问题 自感一、考点聚焦1、自感现象2、涡流二、知识扫描1. 在电磁感应中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势。

该导体或回路就相当于电源。

2．在外电路中，电流从 电势流向 电势；在内电路中，电流则从 电势流向 电势。

3. 自感现象是 ．自感现象中产生的感应电动势称自感电动势，其大小为E=4.自感电动势的方向：自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化．即：若电路中电流增加，则自感电动势与电流方向 ；若电路中电流减少，则自感电动势与电流方向 ；“阻碍”不是“阻止”，只是延缓了电流的变化。

5.日光灯电路是由启动器、镇流器和灯管组成，画出日光灯电路图，镇流器，其作用是在灯开始点燃时起 的作用；在日光灯正常发光时起 作用三、好题精析例1.如图所示的电路中，S 闭合时流过电感线圈的电流是2A ，流过灯泡的电流是1A ，将S 突然断开，则S 断开前后能正确反映流过灯泡的电流I 随时间t 变化关系的是图中的[ ]例2。

如图12.3-所示电路中，A 、B 是相同的两小灯．L 是一个带铁芯的线圈，电阻可不计．调节R ，电路稳定时两灯都正常发光，则在开关合上和断开时[ ]A ． 两灯同时点亮、同时熄灭．B ．合上S 时，B 比A 先到达正常发光状态．C ．断开S 时，A 、B 两灯都不会立即熄灭，通过A 、B 两灯的电流方向都与原电流方向相同．D ．断开S 时，A 灯会突然闪亮一下后再熄灭．例3.把总电阻为2R 的均匀电阻丝焊接成一半径为a 的圆环，水平固定在竖直向下的磁 感应强度为B 的匀强磁场中，如图12.3- 所示，一长度为2a 、电阻等于R 、粗细均匀 L的金属棒MN放在圆环上，它与圆环始终保持良好的电接触。

当金属以恒定速度v向右移动，经过环心O时，求：（1）棒上电流的大小和方向，以及棒两端的电压U MN。

（2）在圆环和金属棒上消耗的总热功率。

例4. 如图所示，在磁感强度B= 2T的匀强磁场中，有一个半径r=0.5m的金属圆环。

【高中物理】“断电自感”中的电流问题剖析“断电自感”是一种常见的电磁感应现象，其电路图如图示；下面对该电路中开关K 断开前后的电路状态与变化过程作如下分析：（忽略电池内阻及导线电阻，并设灯A的电阻为RA，线圈L的直流电阻为RL，电动势为ε）一、K闭合电路稳定时线圈L中的电流大小与方向：线圈L中的电流强度为，通过灯泡的电流强度为，电流方向均向左；二、电路稳定时线圈中储存的能量：我们先考虑当线圈与电流接通时，由于线圈的自感现象使电路中的电流i并不立刻由0变到稳定值IL0，而要经过一段时间；在这段时间内电路中的电流在增大，因而有反方向的自感电动势存在；那么电路中的电源（电池组）不仅要供给电路中产生焦耳热的能量，而且还要反抗自感电动势做功。

下面我们计算在电路中建立稳定电流IL0过程中电流所做的这部分额外功：在时间内电源反抗自感电动势所做的功为，式中i为电流强度的瞬时值；而，故；那么在建立电流的整个过程中，电源反抗自感电动势所做的功为，这部分功以能量的形式储存在线圈L内。

当K断开时电流由稳定值IL0减小到0，线圈中产生与电流方向相同的感应电动势。

线圈中原已储存的能量通过自感电动势作功全部释放出来；故K断开瞬间线圈中的能量为。

三、K断开瞬间A灯与线圈L的电流情况：⑴电流方向：K断开瞬间通过灯A的电流立刻减小为0；但同时由于线圈L中的电流IL0减小，故L中的自感电流IL'必与原电流IL0同向以“阻碍”原电流的减小，因而线圈L作了A、L回路的电源，且线圈L的左端为电流负极而右端为正极；故实际上K断开瞬间经过灯A的电流并不为0而是方向向左的电流IL。

⑵L断开瞬间线圈与A灯中的瞬时电流的大小：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断开后瞬线圈中的总电流强度与断开前的电流强度IL0必相等。

所以断电自感中线圈中的电流将从断开前瞬的电流强度IL0开始减小。

突破57 通电自感和断电自感涡流1．自感现象的四大特点(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．2. 对通电自感和断电自感的理解在处理通断电自感灯泡亮度变化问题时，不能一味套用结论，如通电时逐渐变亮，断电时逐渐变暗，或闪亮一下逐渐变暗，要具体问题具体分析，关键要搞清楚电路连接情况。

断电前，灯泡电流I1取决于灯泡上的电压和灯泡自身电阻，断电后，灯泡电流取决于线圈中的电流，若线圈中电流断电前为I2，断电后逐渐减小，灯泡中电流也由I2逐渐减小。

所以，若I2≤I1，灯泡中电流由I2逐渐减小，灯泡逐渐变暗；若I2>I1，灯泡中电流先增大后减小，灯泡先亮一下后逐渐变暗。

3．自感中“闪亮”与“不闪亮”问题4．涡流：当线圈中的电流发生变化时，在它附近的任何导体中都会产生感应电流，这种电流像水的漩涡所以叫涡流．【典例1】如图所示，线圈L 的自感系数很大，且其电阻可以忽略不计，L 1、L 2是两个完全相同的小灯泡，随着开关S 闭合和断开的过程中，L 1、L 2的亮度变化情况是(灯丝不会断)( )．A ．S 闭合，L 1亮度不变，L 2亮度逐渐变亮，最后两灯一样亮；S 断开，L 2立即不亮，L 1逐渐变亮B ．S 闭合，L 1亮度不变，L 2很亮；S 断开，L 1、L 2立即不亮C ．S 闭合，L 1、L 2同时亮，而后L 1逐渐熄灭，L 2亮度不变；S 断开，L 2立即不亮，L 1亮一下才灭D ．S 闭合，L 1、L 2同时亮，而后L 1逐渐熄灭，L 2则逐渐变得更亮；S 断开，L 2立即熄灭，L 1亮一下才灭【答案】 D【典例2】某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁芯的线圈L 、小灯泡A 、开关S 和电池组E ，用导线将它们连接成如图所示的电路．检查电路后，闭合开关S ，小灯泡发光；再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象．虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他冥思苦想找不出原因．你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是( )．A．电源的内阻较大 B．小灯泡电阻偏大C．线圈电阻偏大 D．线圈的自感系数较大【答案】 C【典例3】如图所示为一光滑轨道，其中MN部分为一段对称的圆弧，两侧的直导轨与圆弧相切，在MN部分有如图所示的匀强磁场，有一较小的金属环如图放置在P点，金属环由静止自由释放，经很多次来回运动后，下列判断正确的有（）A．金属环仍能上升到与P等高处；B．金属环最终将静止在最低点；C．金属环上升的最大高度与MN等高处；D．金属环上升的最大高度一直在变小。

浅析断电自感现象中电流、电动势的变化规律作者：侯立建来源：《中学物理·高中》2013年第12期1问题的提出在物理选修3-2第四章第6节《互感与自感》的教学过程中，断电自感现象是个较难理解的知识点，不少同学在学习的过程中对有些问题比较困惑.下面就本人在教学过程中碰到的一个问题浅析如下.如图1所示，设电源电动式为E，内阻不计，线圈的直流电阻为RL，自感系数为L，当电键S闭合，电路稳定后，线圈中的电流为I=ERL.电键S断开的瞬间，线圈中产生自感电动势阻碍电流的减小.由楞次定律可知，自感电动势只能阻碍而不能阻止电流的减小，所以线圈中的电流在I的基础上逐渐减小.对此，有学生提出这样的疑问：在断开电键的瞬间，对于RL回路，由闭合电路的欧姆定律可知：I=ER+RL，据法拉第电磁感应定律知E自=-LΔIΔt，对于同一线圈，E自与ΔIΔt成正比，只要人为控制断开开关的快慢不变，产生的自感电动势就不变.那么电流I将随电阻R的变化而变化，若R足够小的话，电流I会不会大于ERL；若R比较大的话，电流I会不会小于ERL.2问题的解决2.1理论分析可见，断开电键时线圈中电流是最大值Im=IL；电动势的最大值E自m=IL（R+RL）.对于断电自感现象，在RL电路中不管R的阻值如何变化电流都是在线圈中原电流大小的基础上逐渐较少的；而产生的自感电动势会随R的不同而不同.2.2实例分析例1如图2所示，实际教学中，教师对该难点的突破可利用“千人振”实验.为了提升效果，可以先让一位同学抓住A、B两处，然后再让更多的同学手拉手一起参与实验.根据上面的分析可知：串联的人越多电阻就越大，断电时自感电动势也会相应的增大，人多与人少时同学被电击的感觉是非常接近的.这既激发了学生的兴趣，也让学生通过亲身感受来加深对物理规律的理解.例2如图3所示为日光灯的结构示意图.日光灯的启辉过程如下：当接通电源时，由于日光灯没有点亮，电源电压全部加在启辉光管的两个电极之间，启辉器内的氖气发生电离.电离的高温使“U”型电极受热趋于伸直，两电极接触，使电流从电源一端流向镇流器→灯丝→启辉器→灯丝→电源的另一端，形成通路并加热灯丝.灯丝因有电流（称为启辉电流或预热电流）通过而发热，使氧化物发射电子.同时，辉光管两个电极接通时，电极间电压为零，启辉器中的电离现象立即停止，另“U”型金属片因温度下降而复原，两电极分开.在分开的一瞬间，使镇流器流过的电流发生突然变化（突降至零），由于镇流器铁心线圈的高感作用，产生足够高的自感电动势作用于灯管两端.这个感应电压连同电源电压一起加在灯管的两端，使灯管内的惰性气体电离而产生弧光放电.3规律的应用。

再议断电自感现象中线圈的感应电流为何不能超过原来的值作者：王文福来源：《新课程·中旬》2013年第05期摘要：众多师生从不同角度分析断电自感实验中的自感电流时得出了“矛盾”的结论，对此极为困惑，而这个问题在高中物理教学中又不得不面对，所以很多人迫切需要有一个合理的解释。

结合实践经验及理论分析，对这个问题进行了解答，希望能对广大师生有所帮助。

关键词：断电自感实验；自感电动势；自感电流；理论与实践高二物理“自感”这一节中有一个演示断电自感的实验，实验电路如下图所示，线圈与灯泡并联，再与电源及开关串联，先闭合开关待电流稳定后突然断开开关，可以观察到小灯泡不像平常那样立即熄灭，而是逐渐变暗，或者闪亮一下再逐渐变暗。

我们都知道，灯泡会不会闪亮一下主要取决于断电前线圈的电流I0与灯泡的电流IA的大小关系。

这是因为当开关断开时，线圈中的电流要减小，导致穿过线圈的磁通量减小，线圈产生自感电动势，而自感电动势要阻碍电流的减小，因此，线圈中电流不能立即消失，只能慢慢减小，由原来的值I0逐渐减小到零。

所以刚断电瞬间，线圈中的电流仍为I0。

又因为开关断开后线圈与灯泡构成一个回路，线圈相当于电源，灯泡的电流等于线圈的电流，因此断电瞬间灯泡的电流从原来的IA突然变为反向的I0，并逐渐减小到零。

故当I0大于IA时，灯泡就会闪亮一下再逐渐变暗。

（为方便后面叙述称之为“分析一”）■从以上分析我们还知道，断电以后线圈中的电流从I0开始逐渐减小到零，并不会超过原来的值。

但很多人从另一个角度分析，又觉得断电以后线圈中的电流可以超过原来的值，他们的理由是：根据自感电动势的公式E=L·■，当L很大时（如通过插入铁芯可以使L大大增加），感应电动势是可以很大的，那么回路中的电流也是可以很大的，应该有可能超过断电前线圈的电流I0。

（为方便后面叙述称之为“分析二”）这不是“矛盾”了吗？我在组织集体备课活动过程中，发现一些教师也有同样的疑问，网络论坛上有此疑问的教师和学生就更多了！虽然也有一些作者写过关于这方面的文章，但大多都不够准确，无法让人满意。