【优质课件】人教版高中物理选修1136《自感现象 涡流》优秀课件.ppt
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六、自感现象 涡流
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学习目标 重点难点
课前预习导学
KEQIAN YUXI DAOXUE
课堂合作探究
KETANG HEZUO TANJIU
1.知道什么是自感现象,了解自感系数与 涡流.能说出影响自感系数大小的因素. 2.能说出利用自感现象和涡流的实例,知 道自感现象与涡流危害的避免方法. 3.初步了解日光灯、电磁炉等家用电器 的工作原理. 重点:通电自感和断电自感实验现象分 析. 难点:自感现象与涡流的应用.
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KETANG HEZUO TANJIU
答案:因为变压器线圈匝数很多,又套在铁芯上,故自感系数很大,用 多用电表测线圈时,电表内部干电池使线圈内产生电流,因线圈电阻较 小,故有一较大的电流.突然切断表笔与线圈的连接时,线圈产生一较大 的阻碍电流减小的电动势,所以刘伟会有电击感,而李辉再摸线圈时,自 感电动势已消失,故无感觉,摸两表笔,因电压只有 1.5 V(内部干电池的电 动势),也不会产生电击感.
重新接通电路.注意观察,在开关闭合的时候两个灯泡能够同时亮 起来吗?试讨论产生这种现象的原因.
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答案:不能.重新接通电路,在 S闭合的瞬间,我们观察到两个灯泡并 不是同时亮起的,A2先亮,A1逐渐亮起,最后达到相同的亮度.原因是在接 通电路的瞬间,线圈 L 中的电流从无到有,发生了巨大的变化,由于自感 现象,产生的自感电动势要阻碍原电流的变化.阻碍并不是阻止,该电流 还是增大,最后达到稳定;而 A2支路是纯电阻电路,不会产生自感现象,所 以刚开始是灯泡 A2比 A1先亮.
当电流减小时,阻碍电流减小
注意:自感电动势只是延长了电流变化的过程,但不会阻止电流的 变化.
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2.自感电动势的大小由电流变化的快慢(电流变化率������I)和自感系数
������t
决定,在自感系数一定的情况下,电流变化越快,自感电动势越大.
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关闭
例 2 点击查看题图
如图所示为冶炼金属的高频感应炉的示意图.冶炼炉内装入被冶 炼的金属,线圈通入高频交变电流,这时被冶炼的金属就能被熔化.这种 冶炼方法速度快,温度容易控制,并能避免有害杂质混入被冶炼的金属 中,因此适于冶炼特种金属.该炉的加热原理( )
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预习交流 1
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李辉用多用电表的欧姆挡测量一个变压器线圈的电阻,以判断它 是否断路.刘伟为了使李辉操作方便,用两手分别握住线圈的两端让李 辉测量.测量后李辉确认线圈没有断路,因为多用电表的表盘显示线圈 具有一定的电阻.正当李辉把多用电表的表笔与被测线圈脱离时,刘伟 突然惊叫起来,觉得有电击感(如图).李辉很奇怪,用手摸线圈两端,没有 什么感觉,再摸摸多用电表的两个表笔,也没有什么感觉.为什么刘伟有 被电击的感觉?而李辉却没有被电击的感觉?
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答案:交变电流的频率越高,它产生的磁场的变化率就越大,根据法 拉第电磁感应定律,在待焊接工件中产生的感应电动势就越大,感应电 流就越大.而放出的热量与电流的二次方成正比,所以交变电流的频率 越高,焊接处放出的热量越大.
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迁移与应用
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关闭
例 1如图甲、乙所示电路中,电阻 R 和自感线圈 L 的电阻都
很小.接通 S,使电路达到稳定,灯泡 A 发光,则( ) 点击查看题图
A.在电路甲中,断开 S,A 将渐渐变暗 B .在电路甲中,断开 S,A 将先变得更亮,然后渐渐变暗 C .在电路乙中,断开 S,A 将渐渐变暗 D .在电路乙中,断开 S,A 将先变得更亮,然后渐渐变暗 [思路点拨]本题考查同学们对断电时产生的自感电动势的阻碍作 用的理解.
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平面电磁灶
活动与探究 电磁灶是现代家庭烹饪食物的一种新型灶具,它以其加热快、效率 高、省时省力、安全卫生和使用方便而被越来越多的人所接受.为什么 将铁锅放到电磁灶的绝缘板上,接通电源之后,铁锅的温度会很快升高, 这是什么原因吗?
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答案:利用涡流加热.
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电磁灶是利用电磁感应引起涡流加热的原理来工作的,它主要由 感应加热线圈、灶台板和烹饪锅等组成.如图所示,电磁灶的台面下布满 了线圈,当通上中频交流电时,在台板与铁锅之间产生交变磁场,磁感线 穿过锅体,产生感应电流——涡流,这种感应电流在金属锅体中产生热 效应,从而达到加热和烹饪食物之目的.
A.利用线圈中电流产生的焦耳热 B .利用红外线 C .利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流 D .利用交变电流的交变磁场所激发的电磁波
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解析:该题是电磁感应与生产相结合的一道综合题.它是利用交变 电流产生的交变磁场在引起炉内金属截面的磁通量变化时,在金属中 产生感应电流,因金属的电阻相当小,所以感应电流很强,它在金属内自 成回路流动时,形成漩涡状的电流,即涡流,涡流产生大量的焦耳热使炉 内温度升高,金属熔化,故选 C .当然线圈中也因有交变电流会产生一定 的焦耳热,但它是相当少的,根本不可能使炉内温度高到使金属熔化的 程度,故 A 不可能.
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二、涡流及其应用
只要空间有变化的磁通量,其中的导体就会产生感应电流,这种感 应电流称为涡流.电磁炉就是利用涡流的热效应制成的.
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解析:电路断开时,电感线圈的自感电动势阻碍电流的减小.此时电 感线圈在电路中相当于一个电源,表现为两个方面:一是自感电动势所 对应的电流方向与原电流方向一致;二是在断电瞬间,自感电动势所对 应的电流大小与原电流的大小相等,以后以此电流开始缓慢减小到零.
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一、自感现象与电感器
1.由于流过线圈的电流发生变化而引起的电磁感应现象叫作自感 现象,产生的电动势叫作自感电动势.
2.电路中自感的作用是阻碍电流的变化. 3.电路中的线圈叫作电感器,其性能用自感系数来描述,简称自感. 线圈越大、匝数越多,它的自感系数越大.给线圈中加入铁芯,自感系数 变大. 4.交流是不断变化的电流,交流通过电感器时由于线圈中的自感电 动势总是阻碍电流的变化,所以电感器对交流有阻碍作用.
答案:AD
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迁移训练 1如图所示,电感线圈电阻 r远小于灯泡 A 的
电阻 R .将电路连接好,先闭合开关使灯泡亮起来,然后将开关断开,会发
现灯泡闪亮一下后熄灭.试解释闪亮一下的原因.
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一、自感现象与电感器
活动与探究 准备两个规格相同的灯泡,按如图所示电路做实验:把灯泡 A1与线 圈 L 串联后接到电源上,A2与可变电阻 R 串联后接到电源上.
先闭合开关 S,调节电阻 R ,使两个灯泡的亮度相同,再调节可变电阻 R 1,使它们都正常发光,然后断开开关 S.
电磁灶产生的交变磁场,不但会产生涡流热,而且会使金属锅ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的 分子运动并互相碰撞,造成分子间摩擦生热.这两种热是直接发生在锅 体本身的,其热能的损耗很小,所以电磁灶的热效率可达 80% ,约比煤气 灶高一倍,而且加热均匀、烹调迅速、节电省力.
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迁移与应用
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预习交流 2
在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上面放一口小铁锅,如图所示, 锅内放少许水,给线圈通入交流电一段时间,再用玻璃杯代替小铁锅,通 电时间相同.试探究铁锅和玻璃杯中的水温有何不同.为什么?
答案:通电后铁锅内的水逐渐变热,而玻璃杯中的水温没有变化,原 因是:当交变电流通过导线时,穿过铁锅的磁通量发生变化,铁锅中产生 像旋涡一样的感应电流,小铁锅的电阻很小,感应电流较大,产生焦耳热, 足以使水温升高,而玻璃杯是绝缘体,电阻很大,不产生感应电流.
甲图中,电灯 A与电感线圈 L在同一个支路中,流过的电流相同.断开 开关 S时,线圈 L 中的自感电动势要维持原电流不变,所以,开关断开的瞬 间,电灯 A 中的电流不变,以后电流渐渐变小.因此,电灯渐渐变暗.乙图中, 电灯 A 所在支路的电流比电感线圈所在支路的电流要小(因为电感线圈 的电阻很小),断开开关 S时,电感线圈的自感电动势要阻碍电流变小,电 感线圈中的瞬间电流不变,电感线圈相当于一个电源给灯 A 供电.因此, 反向流过 A 的电流瞬间要变大,然后渐渐变小,所以电灯要先亮一下,然 后渐渐变暗.故答案为 A、D .
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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.
1.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 延迟电流变化的作用.
当电流增大时,阻碍电流增大 具体表现
3.线圈的自感系数是由线圈自身的性质决定的,如线圈的形状、长 短、匝数、有无铁芯等;实验表明,线圈越长、截面越粗、匝数越多、绕 制越密,其自感系数就越大;实验还表明,带铁芯的线圈比空心线圈自感 系数要大得多,这在实践中用途很大.
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二、涡流
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答案:C
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迁移训练 2如图所示是高频焊接原理示意图.线圈中通
以高频交变电流时,待焊接的金属工件中就产生感应电流.由于焊接缝 处的接触电阻很大,产生的焦耳热很多,致使温度升得很高,将金属熔化, 从而焊接在一起.我国生产的自行车车架就是用这种办法焊接的.试定 性说明:为什么交变电流的频率越高,焊接缝处产生的热量越多?
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答案:断开电路的瞬间,通过线圈 L的电流要发生从有到无的巨大变 化.由于自感现象,产生自感电动势来阻碍这种变化,此时由电源对灯泡 A 提供的电流已经消失,自感电动势来给灯泡供电,使灯泡不立即熄灭.
设 S断开前,流过电感线圈的电流为 I1,流过灯泡 A 的电流为 I2,且 I1 方向由 a→b,I2方向由 d→c.当 S断开时,I2立即消失,而 I1因为线圈自感, 并不立即消失.线圈上产生一个 b端为正、a端为负的自感电动势,与灯 泡组成 abcd回路,由此流过 A 的电流大小由 I2变成 I1,方向由 d→c变成 c→d.可见通过 A 的电流大小与方向都发生了变化.由于 r≪ R ,所以断电 前 I1>I2,断电后,I1逐渐减小,并通过灯泡 A,所以灯泡 A 会闪亮一下再逐渐 熄灭.
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1.知道什么是自感现象,了解自感系数与 涡流.能说出影响自感系数大小的因素. 2.能说出利用自感现象和涡流的实例,知 道自感现象与涡流危害的避免方法. 3.初步了解日光灯、电磁炉等家用电器 的工作原理. 重点:通电自感和断电自感实验现象分 析. 难点:自感现象与涡流的应用.
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答案:因为变压器线圈匝数很多,又套在铁芯上,故自感系数很大,用 多用电表测线圈时,电表内部干电池使线圈内产生电流,因线圈电阻较 小,故有一较大的电流.突然切断表笔与线圈的连接时,线圈产生一较大 的阻碍电流减小的电动势,所以刘伟会有电击感,而李辉再摸线圈时,自 感电动势已消失,故无感觉,摸两表笔,因电压只有 1.5 V(内部干电池的电 动势),也不会产生电击感.
重新接通电路.注意观察,在开关闭合的时候两个灯泡能够同时亮 起来吗?试讨论产生这种现象的原因.
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答案:不能.重新接通电路,在 S闭合的瞬间,我们观察到两个灯泡并 不是同时亮起的,A2先亮,A1逐渐亮起,最后达到相同的亮度.原因是在接 通电路的瞬间,线圈 L 中的电流从无到有,发生了巨大的变化,由于自感 现象,产生的自感电动势要阻碍原电流的变化.阻碍并不是阻止,该电流 还是增大,最后达到稳定;而 A2支路是纯电阻电路,不会产生自感现象,所 以刚开始是灯泡 A2比 A1先亮.
当电流减小时,阻碍电流减小
注意:自感电动势只是延长了电流变化的过程,但不会阻止电流的 变化.
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2.自感电动势的大小由电流变化的快慢(电流变化率������I)和自感系数
������t
决定,在自感系数一定的情况下,电流变化越快,自感电动势越大.
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例 2 点击查看题图
如图所示为冶炼金属的高频感应炉的示意图.冶炼炉内装入被冶 炼的金属,线圈通入高频交变电流,这时被冶炼的金属就能被熔化.这种 冶炼方法速度快,温度容易控制,并能避免有害杂质混入被冶炼的金属 中,因此适于冶炼特种金属.该炉的加热原理( )
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李辉用多用电表的欧姆挡测量一个变压器线圈的电阻,以判断它 是否断路.刘伟为了使李辉操作方便,用两手分别握住线圈的两端让李 辉测量.测量后李辉确认线圈没有断路,因为多用电表的表盘显示线圈 具有一定的电阻.正当李辉把多用电表的表笔与被测线圈脱离时,刘伟 突然惊叫起来,觉得有电击感(如图).李辉很奇怪,用手摸线圈两端,没有 什么感觉,再摸摸多用电表的两个表笔,也没有什么感觉.为什么刘伟有 被电击的感觉?而李辉却没有被电击的感觉?
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答案:交变电流的频率越高,它产生的磁场的变化率就越大,根据法 拉第电磁感应定律,在待焊接工件中产生的感应电动势就越大,感应电 流就越大.而放出的热量与电流的二次方成正比,所以交变电流的频率 越高,焊接处放出的热量越大.
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例 1如图甲、乙所示电路中,电阻 R 和自感线圈 L 的电阻都
很小.接通 S,使电路达到稳定,灯泡 A 发光,则( ) 点击查看题图
A.在电路甲中,断开 S,A 将渐渐变暗 B .在电路甲中,断开 S,A 将先变得更亮,然后渐渐变暗 C .在电路乙中,断开 S,A 将渐渐变暗 D .在电路乙中,断开 S,A 将先变得更亮,然后渐渐变暗 [思路点拨]本题考查同学们对断电时产生的自感电动势的阻碍作 用的理解.
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活动与探究 电磁灶是现代家庭烹饪食物的一种新型灶具,它以其加热快、效率 高、省时省力、安全卫生和使用方便而被越来越多的人所接受.为什么 将铁锅放到电磁灶的绝缘板上,接通电源之后,铁锅的温度会很快升高, 这是什么原因吗?
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答案:利用涡流加热.
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电磁灶是利用电磁感应引起涡流加热的原理来工作的,它主要由 感应加热线圈、灶台板和烹饪锅等组成.如图所示,电磁灶的台面下布满 了线圈,当通上中频交流电时,在台板与铁锅之间产生交变磁场,磁感线 穿过锅体,产生感应电流——涡流,这种感应电流在金属锅体中产生热 效应,从而达到加热和烹饪食物之目的.
A.利用线圈中电流产生的焦耳热 B .利用红外线 C .利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流 D .利用交变电流的交变磁场所激发的电磁波
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解析:该题是电磁感应与生产相结合的一道综合题.它是利用交变 电流产生的交变磁场在引起炉内金属截面的磁通量变化时,在金属中 产生感应电流,因金属的电阻相当小,所以感应电流很强,它在金属内自 成回路流动时,形成漩涡状的电流,即涡流,涡流产生大量的焦耳热使炉 内温度升高,金属熔化,故选 C .当然线圈中也因有交变电流会产生一定 的焦耳热,但它是相当少的,根本不可能使炉内温度高到使金属熔化的 程度,故 A 不可能.
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二、涡流及其应用
只要空间有变化的磁通量,其中的导体就会产生感应电流,这种感 应电流称为涡流.电磁炉就是利用涡流的热效应制成的.
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解析:电路断开时,电感线圈的自感电动势阻碍电流的减小.此时电 感线圈在电路中相当于一个电源,表现为两个方面:一是自感电动势所 对应的电流方向与原电流方向一致;二是在断电瞬间,自感电动势所对 应的电流大小与原电流的大小相等,以后以此电流开始缓慢减小到零.
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一、自感现象与电感器
1.由于流过线圈的电流发生变化而引起的电磁感应现象叫作自感 现象,产生的电动势叫作自感电动势.
2.电路中自感的作用是阻碍电流的变化. 3.电路中的线圈叫作电感器,其性能用自感系数来描述,简称自感. 线圈越大、匝数越多,它的自感系数越大.给线圈中加入铁芯,自感系数 变大. 4.交流是不断变化的电流,交流通过电感器时由于线圈中的自感电 动势总是阻碍电流的变化,所以电感器对交流有阻碍作用.
答案:AD
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迁移训练 1如图所示,电感线圈电阻 r远小于灯泡 A 的
电阻 R .将电路连接好,先闭合开关使灯泡亮起来,然后将开关断开,会发
现灯泡闪亮一下后熄灭.试解释闪亮一下的原因.
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一、自感现象与电感器
活动与探究 准备两个规格相同的灯泡,按如图所示电路做实验:把灯泡 A1与线 圈 L 串联后接到电源上,A2与可变电阻 R 串联后接到电源上.
先闭合开关 S,调节电阻 R ,使两个灯泡的亮度相同,再调节可变电阻 R 1,使它们都正常发光,然后断开开关 S.
电磁灶产生的交变磁场,不但会产生涡流热,而且会使金属锅ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的 分子运动并互相碰撞,造成分子间摩擦生热.这两种热是直接发生在锅 体本身的,其热能的损耗很小,所以电磁灶的热效率可达 80% ,约比煤气 灶高一倍,而且加热均匀、烹调迅速、节电省力.
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在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上面放一口小铁锅,如图所示, 锅内放少许水,给线圈通入交流电一段时间,再用玻璃杯代替小铁锅,通 电时间相同.试探究铁锅和玻璃杯中的水温有何不同.为什么?
答案:通电后铁锅内的水逐渐变热,而玻璃杯中的水温没有变化,原 因是:当交变电流通过导线时,穿过铁锅的磁通量发生变化,铁锅中产生 像旋涡一样的感应电流,小铁锅的电阻很小,感应电流较大,产生焦耳热, 足以使水温升高,而玻璃杯是绝缘体,电阻很大,不产生感应电流.
甲图中,电灯 A与电感线圈 L在同一个支路中,流过的电流相同.断开 开关 S时,线圈 L 中的自感电动势要维持原电流不变,所以,开关断开的瞬 间,电灯 A 中的电流不变,以后电流渐渐变小.因此,电灯渐渐变暗.乙图中, 电灯 A 所在支路的电流比电感线圈所在支路的电流要小(因为电感线圈 的电阻很小),断开开关 S时,电感线圈的自感电动势要阻碍电流变小,电 感线圈中的瞬间电流不变,电感线圈相当于一个电源给灯 A 供电.因此, 反向流过 A 的电流瞬间要变大,然后渐渐变小,所以电灯要先亮一下,然 后渐渐变暗.故答案为 A、D .
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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.
1.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 延迟电流变化的作用.
当电流增大时,阻碍电流增大 具体表现
3.线圈的自感系数是由线圈自身的性质决定的,如线圈的形状、长 短、匝数、有无铁芯等;实验表明,线圈越长、截面越粗、匝数越多、绕 制越密,其自感系数就越大;实验还表明,带铁芯的线圈比空心线圈自感 系数要大得多,这在实践中用途很大.
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以高频交变电流时,待焊接的金属工件中就产生感应电流.由于焊接缝 处的接触电阻很大,产生的焦耳热很多,致使温度升得很高,将金属熔化, 从而焊接在一起.我国生产的自行车车架就是用这种办法焊接的.试定 性说明:为什么交变电流的频率越高,焊接缝处产生的热量越多?
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答案:断开电路的瞬间,通过线圈 L的电流要发生从有到无的巨大变 化.由于自感现象,产生自感电动势来阻碍这种变化,此时由电源对灯泡 A 提供的电流已经消失,自感电动势来给灯泡供电,使灯泡不立即熄灭.
设 S断开前,流过电感线圈的电流为 I1,流过灯泡 A 的电流为 I2,且 I1 方向由 a→b,I2方向由 d→c.当 S断开时,I2立即消失,而 I1因为线圈自感, 并不立即消失.线圈上产生一个 b端为正、a端为负的自感电动势,与灯 泡组成 abcd回路,由此流过 A 的电流大小由 I2变成 I1,方向由 d→c变成 c→d.可见通过 A 的电流大小与方向都发生了变化.由于 r≪ R ,所以断电 前 I1>I2,断电后,I1逐渐减小,并通过灯泡 A,所以灯泡 A 会闪亮一下再逐渐 熄灭.