“斷電自感”實驗的誤區與分析

路玉燕

〔關鍵詞〕 物理教學；“斷電自感”實驗；誤區

〔中圖分類號〕 G633.7 〔文獻標識碼〕 A

〔文章編號〕 1004—0463（2014）19—0119—01

斷電自感實驗是高中物理重要的演示實驗之一，也是電磁感應部分高考的熱點之一.雖然教師在課堂上做了演示實驗，又進行了理論分析，學生還是對斷電自感的認識存在一些問題.下面，筆者結合教學實踐，談談斷電自感實驗中學生認識的幾個誤區.

誤區一：誤認為斷電自感實驗現象是燈泡一定閃亮一下才熄滅。存在這樣認識的原因是教材中為了使實驗效果更明顯，設計的實驗是開關斷開的瞬間燈泡閃亮一下才逐漸熄滅，使學生形成了這樣認識.實際此實驗的現象是：燈泡會逐漸變暗并熄滅，并不一定閃亮一下才熄滅.

分析：實驗電路如下圖1所示：

1.當K斷開的瞬間，A中原電流立即消失，但由于通過L的電流要減小，線圈中產生阻礙電流減小的與原電流同向的自感電動勢，使其中電流減小的速度減慢.這時，雖然電源已切斷，但線圈L和燈泡A組成了閉合回路，自感電動勢在這個回路中產生與原電流方向相同的自感電流通過燈泡A（此時A 中電流方向與原電流方向是相反的），因此燈泡不會立即熄滅，而是逐漸熄滅.

2.燈泡是否會閃亮后逐漸熄滅取決于電路穩定時通過燈泡和線圈的電流IA和IL大小（IA和IL分別為電路穩定時燈泡和線圈中電流大小）.當IL >IA時，斷電瞬間由線圈和燈泡組成的回路的電流就要從IL開始減小，這樣燈泡會閃亮一下再逐漸熄滅；若IL =IA，則斷開電路的瞬間，燈泡會逐漸熄滅.若IL < IA，電路斷開時，燈泡會突然暗一下再逐漸熄滅.燈A“閃亮”的條件：

⑴當線圈L的直流電阻為RL≥RA時，必有穩定電流IL≤IA，故斷開K的瞬間通過燈A的電流的大小為IL而較A的電流IA小，因而燈A將逐漸變暗到熄滅.

⑵當線圈L的直流電阻為RL

說明，上面所說的斷開K前IL >IA只是小燈光閃亮的一個必要條件，它是否閃亮還與線圈是否帶有鐵芯有關.

誤區二：誤認為K斷開的瞬間電路中電流會大于IL .學生認為K斷開時線圈中的自感電動勢產生與原來電流方向相同的電流，因此電路中的實際電流是二者之和，即大于IL .

分析：1.由楞次定律知，K閉合或斷開的瞬間在線圈中產生的自感電動勢，其作用是阻礙導體本身電流的變化。當原來電流增大時，自感電動勢與原來電流反向；當原來電流減小時，自感電動勢與原來電流同向.值得注意的是：“阻礙”并不是“阻止”，而是“延緩”.因此通電自感電動勢不會超過電源的電動勢，斷電自感電流的大小不會超過斷電前瞬間線圈中的電流的大小IL，這正是“阻礙”意義的真實體現.因此斷開K的瞬間，電路中最大電流是IL.

2. 從能量的角度分析：電路斷開后線圈將原來儲存起來的能量（磁場能）通過自感而經回路L、A釋放，故在K斷開前、后的瞬間線圈的能量（磁場能）是相等的，而磁場是由電流產生的，因而K斷開后瞬間線圈中的總電流強度與斷開前的電流強度IL必相等.所以斷電自感中線圈中的電流將從斷開前的電流強度IL開始減小。那么開關斷開瞬間加于電燈L兩端的瞬間電壓為UA=ILRA.

誤區三：誤認為斷開K的瞬間自感電動勢不會超過電源電動勢.

分析：根據E=L可知，自感電動勢與電流變化率成正比，還與線圈本身有關，如線圈的大小，形狀，匝數，以及是否帶有鐵芯有關，而與電源電動勢無直接關系，在斷電自感中自感電動勢可以大于電源電動勢.如日光燈開始工作時，在啟輝器斷電的瞬間，鎮流器產生一個遠遠高于220V的自感電動勢，與電源電壓一起加在日光燈的兩端，使燈管內氣體導通而發光.

編輯：謝穎麗

〔關鍵詞〕 物理教學；“斷電自感”實驗；誤區

〔中圖分類號〕 G633.7 〔文獻標識碼〕 A

〔文章編號〕 1004—0463（2014）19—0119—01

斷電自感實驗是高中物理重要的演示實驗之一，也是電磁感應部分高考的熱點之一.雖然教師在課堂上做了演示實驗，又進行了理論分析，學生還是對斷電自感的認識存在一些問題.下面，筆者結合教學實踐，談談斷電自感實驗中學生認識的幾個誤區.

誤區一：誤認為斷電自感實驗現象是燈泡一定閃亮一下才熄滅。存在這樣認識的原因是教材中為了使實驗效果更明顯，設計的實驗是開關斷開的瞬間燈泡閃亮一下才逐漸熄滅，使學生形成了這樣認識.實際此實驗的現象是：燈泡會逐漸變暗并熄滅，并不一定閃亮一下才熄滅.

分析：實驗電路如下圖1所示：

1.當K斷開的瞬間，A中原電流立即消失，但由于通過L的電流要減小，線圈中產生阻礙電流減小的與原電流同向的自感電動勢，使其中電流減小的速度減慢.這時，雖然電源已切斷，但線圈L和燈泡A組成了閉合回路，自感電動勢在這個回路中產生與原電流方向相同的自感電流通過燈泡A（此時A 中電流方向與原電流方向是相反的），因此燈泡不會立即熄滅，而是逐漸熄滅.

2.燈泡是否會閃亮后逐漸熄滅取決于電路穩定時通過燈泡和線圈的電流IA和IL大小（IA和IL分別為電路穩定時燈泡和線圈中電流大小）.當IL >IA時，斷電瞬間由線圈和燈泡組成的回路的電流就要從IL開始減小，這樣燈泡會閃亮一下再逐漸熄滅；若IL =IA，則斷開電路的瞬間，燈泡會逐漸熄滅.若IL < IA，電路斷開時，燈泡會突然暗一下再逐漸熄滅.燈A“閃亮”的條件：

⑴當線圈L的直流電阻為RL≥RA時，必有穩定電流IL≤IA，故斷開K的瞬間通過燈A的電流的大小為IL而較A的電流IA小，因而燈A將逐漸變暗到熄滅.

⑵當線圈L的直流電阻為RL

說明，上面所說的斷開K前IL >IA只是小燈光閃亮的一個必要條件，它是否閃亮還與線圈是否帶有鐵芯有關.

誤區二：誤認為K斷開的瞬間電路中電流會大于IL .學生認為K斷開時線圈中的自感電動勢產生與原來電流方向相同的電流，因此電路中的實際電流是二者之和，即大于IL .

分析：1.由楞次定律知，K閉合或斷開的瞬間在線圈中產生的自感電動勢，其作用是阻礙導體本身電流的變化。當原來電流增大時，自感電動勢與原來電流反向；當原來電流減小時，自感電動勢與原來電流同向.值得注意的是：“阻礙”并不是“阻止”，而是“延緩”.因此通電自感電動勢不會超過電源的電動勢，斷電自感電流的大小不會超過斷電前瞬間線圈中的電流的大小IL，這正是“阻礙”意義的真實體現.因此斷開K的瞬間，電路中最大電流是IL.

2. 從能量的角度分析：電路斷開后線圈將原來儲存起來的能量（磁場能）通過自感而經回路L、A釋放，故在K斷開前、后的瞬間線圈的能量（磁場能）是相等的，而磁場是由電流產生的，因而K斷開后瞬間線圈中的總電流強度與斷開前的電流強度IL必相等.所以斷電自感中線圈中的電流將從斷開前的電流強度IL開始減小。那么開關斷開瞬間加于電燈L兩端的瞬間電壓為UA=ILRA.

誤區三：誤認為斷開K的瞬間自感電動勢不會超過電源電動勢.

分析：根據E=L可知，自感電動勢與電流變化率成正比，還與線圈本身有關，如線圈的大小，形狀，匝數，以及是否帶有鐵芯有關，而與電源電動勢無直接關系，在斷電自感中自感電動勢可以大于電源電動勢.如日光燈開始工作時，在啟輝器斷電的瞬間，鎮流器產生一個遠遠高于220V的自感電動勢，與電源電壓一起加在日光燈的兩端，使燈管內氣體導通而發光.

編輯：謝穎麗

〔關鍵詞〕 物理教學；“斷電自感”實驗；誤區

〔中圖分類號〕 G633.7 〔文獻標識碼〕 A

〔文章編號〕 1004—0463（2014）19—0119—01

斷電自感實驗是高中物理重要的演示實驗之一，也是電磁感應部分高考的熱點之一.雖然教師在課堂上做了演示實驗，又進行了理論分析，學生還是對斷電自感的認識存在一些問題.下面，筆者結合教學實踐，談談斷電自感實驗中學生認識的幾個誤區.

誤區一：誤認為斷電自感實驗現象是燈泡一定閃亮一下才熄滅。存在這樣認識的原因是教材中為了使實驗效果更明顯，設計的實驗是開關斷開的瞬間燈泡閃亮一下才逐漸熄滅，使學生形成了這樣認識.實際此實驗的現象是：燈泡會逐漸變暗并熄滅，并不一定閃亮一下才熄滅.

分析：實驗電路如下圖1所示：

1.當K斷開的瞬間，A中原電流立即消失，但由于通過L的電流要減小，線圈中產生阻礙電流減小的與原電流同向的自感電動勢，使其中電流減小的速度減慢.這時，雖然電源已切斷，但線圈L和燈泡A組成了閉合回路，自感電動勢在這個回路中產生與原電流方向相同的自感電流通過燈泡A（此時A 中電流方向與原電流方向是相反的），因此燈泡不會立即熄滅，而是逐漸熄滅.

2.燈泡是否會閃亮后逐漸熄滅取決于電路穩定時通過燈泡和線圈的電流IA和IL大小（IA和IL分別為電路穩定時燈泡和線圈中電流大小）.當IL >IA時，斷電瞬間由線圈和燈泡組成的回路的電流就要從IL開始減小，這樣燈泡會閃亮一下再逐漸熄滅；若IL =IA，則斷開電路的瞬間，燈泡會逐漸熄滅.若IL < IA，電路斷開時，燈泡會突然暗一下再逐漸熄滅.燈A“閃亮”的條件：

⑴當線圈L的直流電阻為RL≥RA時，必有穩定電流IL≤IA，故斷開K的瞬間通過燈A的電流的大小為IL而較A的電流IA小，因而燈A將逐漸變暗到熄滅.

⑵當線圈L的直流電阻為RL

說明，上面所說的斷開K前IL >IA只是小燈光閃亮的一個必要條件，它是否閃亮還與線圈是否帶有鐵芯有關.

誤區二：誤認為K斷開的瞬間電路中電流會大于IL .學生認為K斷開時線圈中的自感電動勢產生與原來電流方向相同的電流，因此電路中的實際電流是二者之和，即大于IL .

分析：1.由楞次定律知，K閉合或斷開的瞬間在線圈中產生的自感電動勢，其作用是阻礙導體本身電流的變化。當原來電流增大時，自感電動勢與原來電流反向；當原來電流減小時，自感電動勢與原來電流同向.值得注意的是：“阻礙”并不是“阻止”，而是“延緩”.因此通電自感電動勢不會超過電源的電動勢，斷電自感電流的大小不會超過斷電前瞬間線圈中的電流的大小IL，這正是“阻礙”意義的真實體現.因此斷開K的瞬間，電路中最大電流是IL.

2. 從能量的角度分析：電路斷開后線圈將原來儲存起來的能量（磁場能）通過自感而經回路L、A釋放，故在K斷開前、后的瞬間線圈的能量（磁場能）是相等的，而磁場是由電流產生的，因而K斷開后瞬間線圈中的總電流強度與斷開前的電流強度IL必相等.所以斷電自感中線圈中的電流將從斷開前的電流強度IL開始減小。那么開關斷開瞬間加于電燈L兩端的瞬間電壓為UA=ILRA.

誤區三：誤認為斷開K的瞬間自感電動勢不會超過電源電動勢.

分析：根據E=L可知，自感電動勢與電流變化率成正比，還與線圈本身有關，如線圈的大小，形狀，匝數，以及是否帶有鐵芯有關，而與電源電動勢無直接關系，在斷電自感中自感電動勢可以大于電源電動勢.如日光燈開始工作時，在啟輝器斷電的瞬間，鎮流器產生一個遠遠高于220V的自感電動勢，與電源電壓一起加在日光燈的兩端，使燈管內氣體導通而發光.

編輯：謝穎麗