“逐渐变亮”还是“闪亮”？

金世华

摘 要：自感是区别于互感的一种特殊的电磁感应现象，它是由于导体本身电流变化而产生的电磁感应现象。

关键词：自感；实验；分析

所谓“自感”，简单地说，就是线圈自身电流发生变化时，线圈本身就感应出感应电动势（若电路闭合，就产生感应电流），这个自感电动势总是阻碍原电流的变化。由楞次定律知道，电磁感应产生的效果总是阻碍引起电磁感应现象的磁通量的变化，在自感现象中，其效果总是阻碍导体中原电流的变化，即总是起着推迟电流变化的作用，在分析自感现象的问题中，经常利用这种电磁感应的效果来分析问题。下面我们来讨论一下自感中小灯泡亮度变化的问题。

例1.如图1所示，在研究自感现象的实验中，用两个完全相同的灯泡A、B分别与自感系数很大的自感线圈和定值电阻组成如图1所示的电路，定值电阻为R1，线圈的电阻为R2，电源的电动势为E，内阻为r，电键S开始处于闭合状态.。当电键S断开的过程中，两灯泡的亮度怎样变化？

分析：设电键S闭合时，通过灯泡A与B的电流分别为IA和IB。现断开电键S，IA将马上变为零，但由于通过线圈的电流发生变化而产生自感现象，阻碍电流IB的减小，使通过B灯的电流IB不能马上变为零，而是由IB逐渐变为零。因此通过B灯的电流方向并不变，大小由IB逐渐变为零，通过灯泡A的电流由IA突然变为IB，且方向也变化，与原来相反，然后由IB逐渐变为零。

由以上分析知，灯泡B的亮度是逐渐变暗，直到熄灭。而灯泡A的亮度变化有三种情况：

（1）当IB=IA时，灯泡A也是逐渐变暗，直到熄灭。

（2）当IB>IA时，由于此时通过灯泡A的电流要比断开电键S前还要大，所以A灯先突然闪亮一下，然后由此亮度逐渐变暗，直到熄灭。

（3）当IB

例2.如图2所示的电路中，灯A、灯B完全相同，带铁芯的线圈L的电阻可忽略，则（ ）

A.S闭合瞬间，灯A、B同时发光，接着灯A熄灭，灯B更亮

B.S闭合瞬间，灯A不亮，灯B立即亮

C.S闭合瞬间，灯A、B都不会立即亮

D.稳定后再断开S瞬间，灯B立即熄灭，灯A亮并且比灯B更亮

分析：线圈电阻可忽略，说明当电路稳定后L相当于一根无阻导线；线圈带铁芯，说明自感系数值很大，当电路变化时，流过线圈L的电流瞬时不变。

当S闭合瞬间，L支路中的电流从无到有发生变化，因此，在L中产生自感电动势，阻碍电流增加。由于自感系数很大，对电流的阻碍作用很强，所以在接通S极短的时间里L中的电流几乎为零，可以将L支路看作斷路，故灯A、B同时发光。由于L中的电流从无到有很快稳定，感应电动势消失，L相当于一根无阻导线将灯A短路，故灯A将熄灭。由于此时电路中的电阻仅为灯B的电阻，比原来变小，故电路中流过灯B的电流增大，灯B比原来更亮。故选项A正确。

在S断开瞬间，L中的电流减小，L产生一个自感电动势来阻碍流过自身的电流变化，与灯A构成闭合回路。由于流过L的电流瞬时不变，等于原先流过灯B的电流，故S断开的瞬间，灯A亮度与原来电稳定时灯B的亮度相同，不会比原来更亮，灯B则是立即熄灭。

本题正确答案为选项A。

例3.如图3所示的电路中，灯泡P和灯泡Q是完全相同的灯泡。自感线圈L是直流电阻为零的纯电感，且自感系数很大。电容器C的电容较大且不漏电，请选出下列说法中正确的是（ ）

A.开关S闭合后，P灯亮后逐渐熄灭，Q灯逐渐变亮

B.开关S闭合后，P灯、Q灯同时亮，然后P灯变暗，Q灯更亮

C.开关S闭合，电路稳定后，S断开时，P灯突然亮一下，然后熄灭，Q灯立即熄灭

D.开关S闭合，电路稳定后，S断开时，P灯突然亮一下，然后熄灭，Q灯逐渐熄灭

分析：在S闭合瞬间，电容器C电压较小，充电电流较大，故Q灯的电流较小，而自感线圈L由于自感系数很大，故几乎没有电流流过，也就是说此时基本上是P灯与电容器C形成通路。在电路达到稳定的过程中电感L上的电流逐渐增大，电容器C上的充电电流逐渐减小，P灯上的电流逐渐减小，Q灯上的电流逐渐增大，达到稳定后，P灯无电流，Q灯达到最亮，所以选项A

正确。

开关S闭合，电路达到稳定后，S断开时，电感L与灯P组成闭合回路，电感中的电流流经P灯，使P灯突然亮一下再熄灭，而电容器C中所带的电荷经Q灯放电，Q灯不是立即熄灭，而是逐渐熄灭。所以选项D正确。答案为选项A、D。

总之，在讨论灯泡的亮度是“逐渐变亮”时，要注意分析是否有自感现象，因为自感的效果是阻碍原电流的变化，而研究小灯泡是否出现“闪亮”时，需比较变化前后通过灯泡电流的大小

关系。

参考文献：

[1]王海兴.关于演示自感现象的讨论[J].江苏教育，1980（2）.

[2]蒙杏雄.对“自感现象演示实验”的一些体会[J].物理教师，1981（4）.

编辑 张珍珍