浅析断电自感现象中电流、电动势的变化规律

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