怎样确定自感现象中灯泡亮度的变化

怎样确定自感现象中灯泡亮度的变化

湖北省竹山县第一中学付延林442200

一、与线圈串联的灯泡在通电瞬间亮度的变化

当通过线圈的电流增大时，穿过线圈的磁通量发生变化，在线圈中会产生自感电动势，根据楞次定律可得自感电动势总是要阻碍引起感应电动势的电流的变化，当通过线圈的电流增大时，自感电动势要阻碍电流的增大，使电流增大的慢一些，由此可推知与线圈串联的灯泡在通电的瞬间因线圈中产生的自感电动势阻碍电流的增大，所以灯泡的亮度是逐渐变亮的。

二、与线圈并联的灯泡在断电的瞬间的亮度的变化

当灯泡与自感线圈并联，如图1所示，电路处于稳定状态时，通过

R的电流I1=U/R，若线圈的直流电阻为r，则通过r的电流为I2=U/r。

在电路断开的瞬间通过线圈的电流减小，在线圈中产生阻碍电流减小的

自感电动势，使其中的电流减小的速度减慢，因线圈与灯泡构成回路，

就使整个回路的电流由I2开始逐渐减小到零，这样灯泡就不会立即熄

灭，但后来通过灯泡的电流方向与电路稳定时通过灯泡的电流方向是相反的，灯泡是否会闪亮后逐渐熄灭要取决于电路稳定时通过灯泡和线圈的电流I1和I2大小，当I2>I1时，断电瞬间由线圈和灯泡组成的回路的电流就要从I2开始减小，这样灯泡会闪亮一下再逐渐熄灭，若I2=I1，则断开电路的瞬间，灯泡会逐渐熄灭，若I2< I1，电路断开时，灯泡会突然暗一下再逐渐熄灭。

三、直流电阻不计的线圈在通电和断电的瞬间因自感电动势对电流变化的阻碍作用，可以视为线圈中有“电阻”存在，在电路稳定时，电流没变化，线圈中没有感应电动势，这时与它并联的灯泡被短路。

四、例题分析：

例1：如图2所示的电路中，A、B两灯电阻均为R，且R>r，L为纯电感线圈，原先S1、S2断开，则：

A、S1闭合的瞬间，A灯先亮，B灯后亮，以后两灯一样亮

B、S1闭合后，再闭合S2，两灯亮度不变

C、S1、S2均闭合后，再断开S1，B灯立即熄灭，A

灯突然亮一下才熄灭

D、S1、S2均闭合后，先断开S2，再断开S1，A灯立

即熄灭，B灯突然亮一下才熄灭

【析与解】L为纯电感线圈，直流电阻不计，在S2断

开时，两并联支路的电阻是相等的，但B灯所在的支路因有线圈存在，在S1闭合的瞬间通过L的电流增大，在线圈L中产生阻碍电流增大的自感电动势，使B灯所在的支路的电流增大的慢一些，所以S1闭合时，A灯立即亮，B灯逐渐亮，当电路稳定时，通过两灯的电流相等，亮度相同。所以A正确。

S2闭合前，A、B两灯两端电压相等且都大于E/2，S2闭合后，A、B两灯两端电压为E/2，所以S2闭合前后A、B两灯的亮度是不相同的。所以B答案是错误的。

S1、S2闭合后再断开S1，B灯立即熄灭，但与A灯并联的线圈L中因自感电动势阻碍电流的减小，使A、L回路中的电流不能立即减小，又因电路稳定时，通过灯A的电流I1小于通过线圈L的电流I2，断开S1后，A、L回路中的电流要从I2开始减小，所以A灯会闪亮后逐渐熄灭，所以答案C正确。

若S1、S2均闭合后，先断开S2时，通过A、B两灯的电流相同，亮度也相同，再断开S1时，因线圈L中的自感电动势的作用会使回路A、B、L、r中的电流不能立即减小，结果A、B都会同时逐渐熄灭。所以D答案错误。

例2、如图3所示，线圈的自感系数很大，其电阻可忽略，D1、D2是两个完全相同的

灯泡，在开关S闭合和断开的过程中（灯丝不会断）（）

A、S闭合，D1很亮且亮度不变，D2亮度逐渐变亮，最后两灯

一样亮，S断开后，D2立即熄灭，D1渐渐变亮

B、S闭合，D1不亮，D2很亮，S断开，D1和D2立即熄灭

C、S闭合，D1和D2同时亮，然后D1熄灭，D2亮度不变，S

断开，D2立即熄灭，D1亮一下再熄灭

D、S闭合，D1和D2同时亮，后D1渐渐熄灭，D2变得更亮，S断开，D2立即熄灭，

D1亮一下再熄灭。

【析与解】S闭合时，通过L的电流增大，在L中产生了自感电动势对电流的增大起阻碍作用，这时可认为L中有“电阻”，所以D1和D2会同时亮。当电流稳定时，通过L的电流不变化，没有自感电动势，这时因L的电阻为零，灯D1被短路而熄灭，同时灯D2两端的电压增大了，所以D2变亮。

S断开时，通过L的电流减小，在L中产生了阻碍电流减小的自感电动势，使由L和D1组成的回路的电流逐渐减小，这时D1会发光后再渐渐熄灭，而D2在S断开时立即熄灭。

综合以上分析可得正确答案是：D

四、巩固练习：

1、在图3的实验中，带铁芯的、电阻较小的线圈L与灯A并联，

当合上电键K，灯A 正常发光，试判断下列说法中哪些是正确的（）

A、当断开K时，灯A立即熄灭

B、当断开K时，灯A突然闪亮后熄灭

C、若用阻值与线圈L相同的电阻取代L接入电路，当断开K，

灯A立即熄灭

D、若用阻值与线圈L相同的电阻取代L接入电路，当断开K，灯A突然闪亮后熄灭

2、如图4电路（a）、（b）中，电阻R和自感线圈L的电阻

值都很小，接通K，使电路达到稳定，灯泡S发光。（）

A、在电路（a）中，断开K，S将渐渐变暗

B、在电路（a）中，断开K，S将先变得更亮，然后渐渐

变暗

C、在电路（b）中，断开K，S将渐渐变暗，然后渐渐变

亮

D、在电路（b）中，断开K，S将先变得更亮，然后渐渐变暗

3、如图5所示的电路中，A1与A2是完全相同的灯泡，线圈L的电阻可以忽略，下列说法中正确的是：（）

A、合上开关K接通电路时，A2先亮，A1后亮，最后一样亮

B、合上开关K接通电路时，A1和A2始终一样亮

C、断开开关K切断电路时，A2立刻熄灭，A1过一会才熄灭

D、断开开关K切断电路时，A1和A2都要过一会才熄灭

参考答案：1、B、C 2、A、D 3、A、D