對(duì)于自感現(xiàn)象這一知識(shí)點(diǎn)，在教學(xué)中令人驚奇的實(shí)驗(yàn)效果足以令學(xué)生為之神往，但在理解和解題中又常令學(xué)生困惑。筆者結(jié)合在教學(xué)中的一些體會(huì)談一談對(duì)這一知識(shí)點(diǎn)的幾點(diǎn)思考。

1 為何會(huì)出現(xiàn)神奇的自感現(xiàn)象

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，線(xiàn)圈中只要磁通量發(fā)生變化，就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這個(gè)磁通量的變化，可以是由外界的原因引起的，也可以是由線(xiàn)圈的形變或流過(guò)自身的電流變化造成的。本文所要討論的，僅限于流過(guò)自身電流的變化引起周?chē)艌?chǎng)的變化所帶來(lái)的后果。

由于流過(guò)線(xiàn)圈自身的電流發(fā)生改變（如通、斷電瞬間），從而在線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻礙原電流變化的現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象。這種感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫自感電動(dòng)勢(shì)。

2 通、斷電自感現(xiàn)象中如何判定電流（包括大小和方向）的變化

（1）通、斷電自感現(xiàn)象中電流的變化

對(duì)于線(xiàn)圈，不管通電還是斷電的瞬間，只要是流過(guò)它的電流發(fā)生改變，都將在線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來(lái)阻礙原電流變化。所以，線(xiàn)圈中的電流都不會(huì)突變，而只能是漸變的過(guò)程。具體說(shuō)：在通、斷電自感現(xiàn)象中，對(duì)于含有線(xiàn)圈的回路，線(xiàn)圈中的電流都不突變，而總是從當(dāng)前值漸變成另一穩(wěn)定值（注意：是線(xiàn)圈中的電流不突變，而其它元件中的電流可突變）。當(dāng)前值是指發(fā)生自感現(xiàn)象前通過(guò)線(xiàn)圈的電流值（I0），另一穩(wěn)定值是指自感現(xiàn)象結(jié)束后通過(guò)線(xiàn)圈的電流值（I）。

下面根據(jù)這一基本原理來(lái)分析一道例題：

如圖1所示，兩個(gè)電阻的阻值皆為R，L的電阻及電源內(nèi)阻都可忽略。開(kāi)關(guān)S原來(lái)斷開(kāi)，現(xiàn)將S閉合，試分析流過(guò)L的電流如何改變。

解析 先求出開(kāi)關(guān)S閉合前流過(guò)L的電流，即“當(dāng)前值”I0，此時(shí)的線(xiàn)圈L相當(dāng)于一根導(dǎo)線(xiàn)，由歐姆定律：

I0=E/2R。

S閉合后流過(guò)L的電流的穩(wěn)定值為I，顯然有：I=E/R。

故L中電流大小由E/2R漸增至E/R，

其電流方向始終沿順時(shí)針?lè)较?。?/p>

（2）對(duì)于斷電自感現(xiàn)象是否總能觀(guān)察到燈泡先“閃亮一下”再逐漸熄滅呢?

請(qǐng)看如圖2所示電路（即人教版高中二年級(jí)教材）。

（1）若RA＞RL，則IA＜IL。

由剛才的分析知：當(dāng)斷開(kāi)S后，L中的電流將由IL逐漸變小成零，此時(shí)的燈泡A與L構(gòu)成回路，燈A中流過(guò)的電流大小將發(fā)生由IA向IL的突變，且方向上也發(fā)生突變（向左突變?yōu)橄蛴遥?，然后其大小逐漸變小成零。

由于IL比原值IA大，我們不難分析出在此情況下燈泡會(huì)先“閃亮一下”再逐漸熄滅！

（2）若RA≤RL，則IA≥IL。

分析與上同，此時(shí)燈A中流過(guò)的電流大小仍將發(fā)生由IA向IL的突變，然后逐漸變小成零，但由于IL比原值IA小，故不會(huì)觀(guān)察到“閃亮一下”的效果。

通過(guò)剛才的分析，我們可知：本演示實(shí)驗(yàn)的成功與否與儀器規(guī)格的選取有重大關(guān)系，即一定要選取RA＞RL（若RA比RL大的越多則“閃亮一下”的效果越顯著），本實(shí)驗(yàn)才會(huì)取得成功（一般選取小燈泡的規(guī)格為“6．8V0．15A”，線(xiàn)圈選取變壓器J2423型200~400匝）。相信做過(guò)本演示實(shí)驗(yàn)的老師在器材的選取上有過(guò)深切的體會(huì)。

3 斷電自感現(xiàn)象中的能量來(lái)源

有不少的初學(xué)者對(duì)于在斷電自感現(xiàn)象中燈泡閃亮并延遲熄滅頗不能理解，認(rèn)為這不違反了能量守恒定律嗎？其實(shí)，這并不違反能量守恒定律！那么，燈泡閃亮并延遲熄滅的能量又從何而來(lái)呢？

當(dāng)線(xiàn)圈通過(guò)電流時(shí)，由于電流的磁效應(yīng)，將在線(xiàn)圈內(nèi)部及周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)。而磁場(chǎng)是有能量的，其能量的計(jì)算公式為：W=LI2/2(當(dāng)然此能量是由電能轉(zhuǎn)化而來(lái)的）。在斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后，此能量正是線(xiàn)圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來(lái)使燈泡閃亮并延遲熄滅的根源。由該公式也可知道：選自感系數(shù)L較大的線(xiàn)圈可增強(qiáng)演示的效果。

4 所有的斷電自感現(xiàn)象中，都可觀(guān)察到燈泡“延遲熄滅”的現(xiàn)象嗎？

請(qǐng)看一種比較特殊的斷電自感現(xiàn)象，如圖3所示：L為自感系數(shù)較大的線(xiàn)圈，電路穩(wěn)定后小燈泡A正常發(fā)光。

在斷開(kāi)S的瞬間，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？該情況下的燈A還會(huì)有閃亮或延遲熄滅的效果嗎？

現(xiàn)象 在斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S的瞬間，燈A立即熄滅，但就在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的一瞬間，在開(kāi)關(guān)的動(dòng)、靜觸頭之間竟觀(guān)察到火花！

分析 對(duì)于開(kāi)關(guān)S 斷開(kāi)后的線(xiàn)圈L，將處于孤立狀態(tài)（即不構(gòu)成回路）。燈A將立即熄滅，無(wú)法觀(guān)察到閃亮或延遲熄滅的效果。但線(xiàn)圈中蘊(yùn)藏的磁場(chǎng)能不可能憑空消失！此時(shí)，由于線(xiàn)圈里的電流急劇減小，由法拉第電磁感應(yīng)定律：自感電動(dòng)勢(shì)與流過(guò)線(xiàn)圈本身電流的變化快慢成正比。所以，線(xiàn)圈將產(chǎn)生非常高的自感電動(dòng)勢(shì)。開(kāi)關(guān)的動(dòng)、靜觸頭之間的空氣會(huì)被強(qiáng)大的自感電動(dòng)勢(shì)擊穿而發(fā)出火花！線(xiàn)圈中蘊(yùn)藏的磁場(chǎng)能正消耗于此，此時(shí)的燈A沒(méi)有產(chǎn)生“延遲熄滅”的現(xiàn)象也就理所當(dāng)然了。

針對(duì)此處的高電壓，筆者在教學(xué)中曾設(shè)計(jì)了由人體來(lái)感知其威力的實(shí)驗(yàn)。具體的做法是：對(duì)上述電路，在開(kāi)關(guān)的動(dòng)、靜觸片上分別接上兩根導(dǎo)線(xiàn)，一人（或多人手拉手）接觸兩根電線(xiàn)。在老師斷開(kāi)開(kāi)關(guān)的一瞬間，都會(huì)讓參與此實(shí)驗(yàn)的每一位同學(xué)有深刻的感受！當(dāng)然，為了學(xué)生的人身安全，老師在準(zhǔn)備此實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，應(yīng)設(shè)計(jì)好各器材的規(guī)格，避免過(guò)大的電流通過(guò)人體時(shí)對(duì)人造成傷害。

5 自感的應(yīng)用和防范

自感現(xiàn)象在電工、無(wú)線(xiàn)電技術(shù)中的應(yīng)用很廣泛。利用線(xiàn)圈具有阻礙電流變化的特性，常做成扼流圈，用以穩(wěn)定電路中的電流。在日光燈電路中用來(lái)啟動(dòng)燈管發(fā)光的鎮(zhèn)流器，在汽油機(jī)里點(diǎn)燃燃料的火花塞等都利用了斷電自感造成的高電壓。日光燈啟動(dòng)后還要靠鎮(zhèn)流器對(duì)電路降壓限流，保證其正常運(yùn)行。在斷開(kāi)有電感線(xiàn)圈的電路時(shí)，需防止電火花的危害，必要時(shí)可采用油浸開(kāi)關(guān)、滅弧開(kāi)關(guān)。

(欄目編輯陳 潔)