自感问题的三种不同解法-论文.pdf

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1、第32卷总第470期物理教学探讨Vo1．32NO．4702014年第8期(上半月)JournalofPhysicsTeaching(S)8．2014．47．自感问题的三种不同解法李更磊，邹建平，白利燕江苏省镇江第一中学，江苏镇江212016摘要：自感问题是电磁感应部分的一个难点。解决自感现象的一些典型问题都需要结合自感的自身规律进行具体电路结构的分析。本文从三个不同角度提出解决自感问题的三种方法。关键词：自感；电路分析；电磁感应中图分类号：G633．7文献标识码：A文章编号：1003—6148(2014)8(s)一0047—3自感现象是由于通过电圈自身电流变化而产生的电磁感应现象。自感

2、现象中的灯泡是否会闪亮，电源有无内阻时对自感现象是否存在影响，以及自感现象中的电流、电压图像等等问题，都让学生感到非常困惑。本文分别从电动势、电阻和电流三个不同角度出发分析自感问题，希望能够帮图1例1电路图助学生对自感现象形成更加深入的认识。1等效电源法电路中原有电源称为原电源，所提供的电流称为原电流。开关闭合和断开时电流有所变化，ABCU^r根据=，自感线圈便会产生自感电动势。圈2例1，_关系选择图／It解析开关闭合后画出原电源和自感电源独自感电动势只能够起到阻碍原电流变化的作用。立作用的等效电路图，如图3所示。阻碍的含义在于当电流变大时自感电动势与原对于自感线圈所在的支路而言，原电

3、流以及电流方向相反，当电流变小时与原电流方向相同。自感电流都会流过．且两个电流方向恰好相反。最终自感电动势会消失，电流达到稳定。由于自感线圈只能起到阻碍电流变化的作用，因因此，可以把自感线圈看成是一个除原电源此合电流由0逐渐增加到，=。之外电动势逐渐变小的附加电源，其电动势为自感电动势，提供的电流称为自感电流。因自感电动势逐渐变小，自感电流也会随之变小。对于某个支路而言，若通过的自感电流与原电流方向相同，电流相加；方向相反，电流便要相减。例1如图1所示的电路中，是一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈，D，、D和D是(a)(b)=三个完全相同的灯泡，E是内阻不计的电源。在图3L、E独立作

4、用时等效电路图t=0时刻，闭合开关．s，电路稳定后在t时刻断开从图3(a)中可以看出D：和所在的另一条开关．s。规定以电路稳定时流过D、D：的电流方支路被电源所在的无阻支路所短路，所以自感电向为正方向，分别用，l、，2表示流过D。和D的电源产生的自感电流全部通过原电源所在的支路，流。则图2中能定性描述电流，随时间t变化关对D：和D。毫无影响。因此在开关闭合之后，2便系的是()到达稳定。而且全部由原电源提供，大小为12=Vo1．32NO．470物理教学探讨第32卷总第470期(S)S．2014．48JournalofPhysicsTeaching2014年第8期(上半月)————————

5、_^一^R2+R3开关S断开之后．原电源不再供电．自感线圈产生的自感电动势与原电流方向相同。等图6例2电路图效电路图如图4所示。AUAB自感线圈与D、D和D，、、一／一—■构成闭合回路，三个灯图4例1电路分析图0t一0泡为串联关系。在断开f．／一】开关前后瞬间。自感线圈的电流不会发生突变．之后逐渐变小。但是D：和D，所在的支路电流突然ABUaB反向，大小由I2=变为，，2EuB，突然变大，、一所以D和会闪亮一下。之后由于自感电流逐．00渐变小，灯泡便会慢慢熄灭。tl：】tl：综合上面的分析，画出，1、，2随时间t变化关系如图5所示，因此正确答案应为C选项。CD』，图7例2t关系选择图解

6、析开关闭合后自感线圈可看作一个电阻________●-_●___一-尺，且阻值逐渐减小为0。如图8所示，总电阻会Ot1tD随着R的变小而变小，干路电流逐渐变大，内电压逐渐变大，路端电压反之逐渐变小。所以流过灯泡的电流以及两端的电压便会逐渐变小。R图5Ii～￡、／2一t关系图减小为O后，电阻不再发生变化，灯泡两端的电点评等效电源法能够细致地分析出整个过压趋于稳定值。断开开关S，流经灯泡的电流方程中各个支路电流的变化情况，尤其在分析通电向要反向。所以只有B答案满足要求。之后电流是否从0开始逐渐增加、电源有无内阻时对通电自感现象的影响、断电之后灯泡能否发生闪亮现象等等问题上显的很方便。学生只

7、需要画出原电源以及自感电源独立作用的等效电路图．再将两种情况下的电流大小以及方向做些简单的分析就能够得到正确的结果。图8例2等效电路图2等效电阻法点评把自感线圈看成是一个阻值逐渐变小电路开关闭合之后原电源开始供电，自感线的“电阻”对于学生而言是很有意义的。经过这样圈所在的支路电流便要变大，线圈中产生自感电的处理后，通电自感的电路分析便会简化为简单动势阻碍电流变大。这种阻碍作用与电阻对电流的动态电路的分析问题，分析难度大大削减。的阻碍作用类似，称