断电自感
依据器材创新设计——以“断电自感”为例
依据器材创新设计——以“断电自感”为例随着科技的不断进步，各种新颖的器材不断涌现，为人们的生活带来了许多便利。
而在这些器材中，一个重要的方面就是创新设计，通过不断地研发和改进，使得产品更加智能化、高效化，满足人们对于更好生活品质的需求。
在这里，我们以“断电自感”为例来探讨依据器材进行创新设计的重要性。
“断电自感”是一种新型的智能电器设备，其主要功能是在电力故障或停电情况下自动感应并启动备用电源，确保设备正常运行。
对于一些重要的设备或场所，比如医疗器械、数据中心等，一旦发生停电，将会给工作和生活带来严重影响。
而有了“断电自感”这一装置，可以在第一时间感知到停电情况，并自动切换到备用电源，保证设备的持续运行，避免不必要的损失。
在“断电自感”这一器材的创新设计中，依据器材是至关重要的。
首先，对于这个器材来说，需要充分了解电力系统的运行原理和故障维修流程，才能设计出一套合理有效的自感应机制。
其次，需要对不同场景下的停电情况进行深入的调研和分析，以确定最佳的备用电源切换方案。
最后，还需要考虑使用者的需求和操作习惯，设计出简单易用的操作界面和指示灯，方便用户在紧急情况下快速响应。
在实际应用中，依据器材进行创新设计可以带来许多好处。
首先，可以提高产品的稳定性和可靠性，保证设备在突发情况下的持续运行，减少人为干预的可能性，减少人为错误带来的损失。
其次，可以提高产品的智能化程度，使得设备能够更加自动化地响应电力故障，减少人工干预的时间和成本。
最后，可以提高用户体验，减少用户的操作疑惑和困惑，使得整个使用过程更加顺畅和便捷。
通过依据器材进行创新设计，可以使得产品更加贴近用户的需求和实际情况，提高产品的性能和使用效果，从而提升产品的市场竞争力和口碑效应。
在当今竞争激烈的市场环境下，创新设计已经成为企业生存和发展的不可或缺的重要因素，只有不断地运用新技术、新理念和新方法，才能不断推动产品的升级和迭代，赢得更多消费者的认可和青睐。
高中物理自感与电磁感应的图象问题
高中物理自感与电磁感应的图象问题1、自感现象（1）实验电路图1为通电自感实验，图2为断电自感实验。
说明：图1中调节R后使两灯泡亮度相同。
在图2中流过线圈l的电流大于流过灯泡L的电流，即。
（2）实验现象在图1中，闭合开关S，灯泡立刻正常发光，而跟线圈L串联的灯泡却是逐渐亮起来。
在图1中，断开开关S，灯泡L并非立即熄灭，而是过一会才逐渐熄灭。
（3）实验分析①现象分析：上述两种实验电路中有一个共同点，那就是闭合开关或断开开关时，流过线圈的电流都发生了变化。
概念：由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫做自感现象。
说明：自感现象是一种特殊的电磁感应现象。
在断电自感实验中，S断开前后，流过灯泡L的电流方向相反。
②本质分析：由法拉第电磁感应定律知道，穿过线路的磁通量发生变化时，线路中就产生感应电动势。
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。
注意：在图1中，通电时产生的自感电动势阻碍线圈的电流增加，故逐渐亮起来；在图2中断电时产生的电动势阻碍线圈的电流减小，当S断开后，灯泡L和线圈l组成了新的闭合电路，自感电动势所提供的电流方向和线圈中原来的电流方向相同，但流过L的电流方向却和原来相反。
小结：自感电动势的作用：总是阻碍导体中原电流的变化，即总是起着推迟电流变化的作用。
2、自感电动势与自感系数（1）自感电动势在自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势。
其作用是阻碍导体本身电流的变化。
表达式：。
即自感电动势与电流的变化率成正比。
其中L为自感系数。
（2）自感电动势的方向自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化，当原来电流增大时，自感电动势与原来电流方向相反；当原来电流在减小时，自感电动势与原来电流方向相同。
（3）自感系数L①自感系数简称自感或电感，不同的线圈，在电流变化相同的条件下，产生的自感电动势不同，电学中用自感系数来表示线圈的这种特性。
②线圈的长度越长，线圈的面积越大，单位长度上匝数越多，线圈的自感系数越大。
通电和断电自感
描述线圈自感能力的物理量，与 线圈的匝数、材料、尺寸等因素 有关。
重要性及应用
电磁感应原理
自感现象是电磁感应的一种表现，是 法拉第电磁感应定律的一个重要内容 。
电机控制
通电和断电自感现象也是电磁兼容性 问题的来源之一，对于电子设备的电 磁干扰和噪声有一定的抑制作用。
电子设备
在各种电子设备和电气装置中，自感 现象的应用非常广泛，如变压器、电 感器、镇流器等。
磁悬浮列车的工作原理
磁悬浮列车利用自感现象产生强大的磁场，通过与地面轨 道上的磁铁相互作用，实现列车与轨道的分离，减少摩擦 力，提高列车运行速度。
磁悬浮列车具有高速、低噪音、低能耗等优点，是未来交 通工具的发展方向之一。
06
总结与展望
自感现象的总结
自感现象的发现
自感现象的原理
自感现象是法拉第在19世纪 30年代发现的，它揭示了磁 场的变化可以产生电场的现
通电和断电自感
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目 录
• 引言 • 通电线圈的自感现象 • 断电自感的原理及影响 • 通电和断电自感的实验演示 • 自感现象在日常生活中的应用 • 总结与展望
01 引言
主题简介
自感现象
当一个线圈中的电流发生变化时 ，会在线圈中产生感应电动势， 阻碍电流的变化，这就是自感现 象。
变压器
变压器利用断电自感原理，将电能从一个电压等级转换到另 一个电压等级。
04
通电和断电自感的实验演示
实验设备介绍
01
电源
提供稳定的直流或
交流电源。
02
线圈
用于产生磁场，通 常由绝缘导线绕制
而成。
04
开关
控制电路的通断。
20200521动画演示通电自感和断电自感现象
三、自感现象的分类：通电自感和断电自感
1、通电自感
⑴现象：线圈所在支路电流 缓慢变大，灯泡逐渐变亮。 ⑵原因：通电自感。 ⑶解释：自感电动势方向与 原电流方向相反，阻碍原电 流的增大。
⑷理解：线圈在通电瞬间等效成一个电阻 （先很大、后变小），或说：线圈将延时接 通，即先不通、过一会儿再接通。通电稳定 后的线圈则是一个有电阻的导体。
A
C
C
演示内容 一、何为自感现象？ 二、何为自感电动势？ 1、概念： 2、方向：增反减同。 3、大小：
三、认识两种自感现象：通电自感与断电自感
本文主要演示了通电自感和断电自感过 程，择重演示了断电自感的两个特殊现象： 电流反向和闪亮现象。
3、大小：E=L△i/△t
对自感系数L的说明： ⑴对于不同的线圈，在电流变快慢相同的情况 下，产生的自感电动势是不同的。电学中用自 感系数来表示线圈的这种特性，自感系数简称 为自感或电感。 ⑵决定L大小的因素：见教材P23倒数第4段。
⑸断电自感中的两个特殊现象：①与线圈并联的另一 条支路的电流将会反向。②断电自感时可能出现“闪 亮”现象。“闪亮”的条件：当线圈支路中的电流较 大时，就会引起另一支路上的电灯在断电瞬间出现 “闪亮”现象.
5A5A5A源自2A5A7A
5A
5A L2先闪亮 再熄灭
5A 5A L2逐渐熄灭
5A
5A
L2先变暗再 逐渐熄灭
2、断电自感
⑴现象：灯泡在短时间内继续发光，延迟熄灭。 ⑵原因：断电自感。 ⑶解释：自感电动势方向与原电流方向相同，阻 碍原电流的减少。 ⑷理解：线圈L和灯泡D组成新的闭合电路；线圈 相当于电源，给该闭合电路继续提供了电流。
2A
通电稳定时的电流流向
6A
7-考点强化：通电自感和断电自感
2．自感中灯泡的“闪亮”与“不闪亮”问题 灯泡是否“闪亮”与流过它的电流的大小及变化有关.
灯泡闪 亮后缓 慢熄灭
电路 图 通电 时 断电 时 电流逐渐增大，灯 泡逐渐变亮 电流逐渐减小，灯 泡逐渐变暗，电流 方向不变 电流突然增大，然后 逐渐减小达到稳定 电路中稳态电流为I1、I2：①若 I2≤I1,灯泡逐渐变暗;②若I2>I1,灯 泡闪亮后逐渐变暗。两种情况灯 泡中电流方向均改变
4.跟踪训练
【跟踪训练】如图所示的电路，开关原先闭合，电路处于稳定状 态，在某一时刻突然断开开关S，则通过电阻R1中的电流I1随时 间变化的图线可能是下图中的( )
解析 开关S原来闭合时，电路处于稳定状态，流过R1的电流方向向左， 大小为 I1。与 R1并联的 R2和线圈 L支路，电流 I2的方向也是向左。当某 一时刻开关 S突然断开时， L中向左的电流要减小，由于自感现象，线 圈L产生自感电动势，在回路 “L→R1→A→R2”中形成感应电流，电流 通过R1的方向与原来相反，变为向右，并从I2开始逐渐减小到零，故D 图正确。 解析显隐 答案 D
IL I
3.规律方法
规律方法 在分析自感现象问题时，应注意电路的结构，弄清楚 自感线圈L与用电器的串、并联关系，明确原电流的方向，
再判断自感电流的方向及大小变化．同时注意，L的自身电
阻是不是能忽略不计．在断开开关时，还要看线圈和用电
器能否形成回路． I
I
断 通
方法提炼 1.对自感现象“阻碍”作用的理解 (1)流过线圈的电流增加时，线圈中产生的自感电动势阻碍电流 的增加，使其缓慢地增加； (2)流过线圈的电流减小时，线圈中产生的自感电动势阻碍原电 流的减小，使其缓慢地减小。 2．分析自感现象应注意 (1)通过自感线圈中的电流不能发生突变，即通电过程中，电流 逐渐变大，断电过程中，电流逐渐变小，此时线圈可等效为“ 电源”，该“电源”与其他电路元件形成回路； (2)断电自感现象中灯泡是否“闪亮”的判断：若断电后通过灯 泡的电流比原来强，则灯泡先闪亮，再慢慢熄灭。
【高中物理】“断电自感”中的电流问题剖析
【高中物理】“断电自感”中的电流问题剖析“断电自感”是一种常见的电磁感应现象，其电路图如图示；下面对该电路中开关K 断开前后的电路状态与变化过程作如下分析：（忽略电池内阻及导线电阻，并设灯A的电阻为RA，线圈L的直流电阻为RL，电动势为ε）一、K闭合电路稳定时线圈L中的电流大小与方向：线圈L中的电流强度为，通过灯泡的电流强度为，电流方向均向左；二、电路稳定时线圈中储存的能量：我们先考虑当线圈与电流接通时，由于线圈的自感现象使电路中的电流i并不立刻由0变到稳定值IL0，而要经过一段时间；在这段时间内电路中的电流在增大，因而有反方向的自感电动势存在；那么电路中的电源（电池组）不仅要供给电路中产生焦耳热的能量，而且还要反抗自感电动势做功。
下面我们计算在电路中建立稳定电流IL0过程中电流所做的这部分额外功：在时间内电源反抗自感电动势所做的功为，式中i为电流强度的瞬时值；而，故；那么在建立电流的整个过程中，电源反抗自感电动势所做的功为，这部分功以能量的形式储存在线圈L内。
当K断开时电流由稳定值IL0减小到0，线圈中产生与电流方向相同的感应电动势。
线圈中原已储存的能量通过自感电动势作功全部释放出来；故K断开瞬间线圈中的能量为。
三、K断开瞬间A灯与线圈L的电流情况：⑴电流方向：K断开瞬间通过灯A的电流立刻减小为0；但同时由于线圈L中的电流IL0减小，故L中的自感电流IL'必与原电流IL0同向以“阻碍”原电流的减小，因而线圈L作了A、L回路的电源，且线圈L的左端为电流负极而右端为正极；故实际上K断开瞬间经过灯A的电流并不为0而是方向向左的电流IL。
⑵L断开瞬间线圈与A灯中的瞬时电流的大小：电路断开后线圈将原来储存起来的能量（磁场能）通过自感而经回路L、A释放，故在K断开前、后的瞬间线圈的能量（磁场能）是相等的，而磁场是由电流产生的，因而K断开后瞬线圈中的总电流强度与断开前的电流强度IL0必相等。
所以断电自感中线圈中的电流将从断开前瞬的电流强度IL0开始减小。
通电自感和断电自感原理
通电自感和断电自感原理通电自感指的是当电流通过电路时，由于电流的变化会引起磁场的变化，进而在电路中产生自感应电动势的现象。
通电自感是由电流的变化引起的，其大小与电流变化速率成正比。
具体来说，当电流在电路中变化时，会产生磁场，这个磁场会穿过电路中的线圈，从而在线圈中产生自感应电动势。
这个自感应电动势的大小与电流的变化速率成正比，即电流变化越快，自感应电动势越大。
通电自感在电子电路中有着重要的应用。
比如，在直流电路中，当电流突然断开时，由于电流的变化速率很大，会产生很大的自感应电动势。
为了保护电路中的其他元件不受损坏，我们可以在电路中加入一个保护元件，比如二极管或者电阻，来吸收这个自感应电动势。
另外，在交流电路中，通电自感还会影响电路中的电压和电流的相位关系，进而影响整个电路的工作状态。
接下来我们来讨论一下断电自感。
断电自感是指当电路中的电流突然断开时，由于磁场的变化会引起自感应电动势的现象。
与通电自感类似，断电自感也是由电流的变化引起的，其大小与电流变化速率成正比。
当电路中的电流突然断开时，磁场会迅速消失，从而在电路中产生一个自感应电动势。
这个自感应电动势的大小与电流的变化速率成正比，即电流断开越快，自感应电动势越大。
断电自感在电子电路中也有重要的应用。
比如，在继电器电路中，当继电器的线圈断电时，会产生很大的断电自感电动势。
为了保护继电器的其他元件不受损坏，我们可以在电路中加入一个保护元件，比如二极管或者电阻，来吸收这个断电自感电动势。
另外，在电源供电的电子设备中，断电自感也会对电路中的其他元件产生干扰，因此需要采取一些措施来防止这种干扰的发生。
总结起来，通电自感和断电自感是由电流的变化引起的自感应电动势的现象。
通电自感是电流通过电路时产生的自感应电动势，而断电自感是电流突然断开时产生的自感应电动势。
这两个现象在电子电路中有着重要的应用，需要我们合理设计电路，以保护其他元件不受损坏，并防止干扰的发生。
【高考速递】突破57 通电自感和断电自感 涡流-2019高三物理一轮微专题系列之热点专题突破(Word版含解析)
突破57 通电自感和断电自感涡流1．自感现象的四大特点(1)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化．(2)通过线圈中的电流不能发生突变，只能缓慢变化．(3)电流稳定时，自感线圈就相当于普通导体．(4)线圈的自感系数越大，自感现象越明显，自感电动势只是延缓了过程的进行，但它不能使过程停止，更不能使过程反向．2. 对通电自感和断电自感的理解在处理通断电自感灯泡亮度变化问题时，不能一味套用结论，如通电时逐渐变亮，断电时逐渐变暗，或闪亮一下逐渐变暗，要具体问题具体分析，关键要搞清楚电路连接情况。
断电前，灯泡电流I1取决于灯泡上的电压和灯泡自身电阻，断电后，灯泡电流取决于线圈中的电流，若线圈中电流断电前为I2，断电后逐渐减小，灯泡中电流也由I2逐渐减小。
所以，若I2≤I1，灯泡中电流由I2逐渐减小，灯泡逐渐变暗；若I2>I1，灯泡中电流先增大后减小，灯泡先亮一下后逐渐变暗。
3．自感中“闪亮”与“不闪亮”问题4．涡流：当线圈中的电流发生变化时，在它附近的任何导体中都会产生感应电流，这种电流像水的漩涡所以叫涡流．【典例1】如图所示，线圈L 的自感系数很大，且其电阻可以忽略不计，L 1、L 2是两个完全相同的小灯泡，随着开关S 闭合和断开的过程中，L 1、L 2的亮度变化情况是(灯丝不会断)( )．A ．S 闭合，L 1亮度不变，L 2亮度逐渐变亮，最后两灯一样亮；S 断开，L 2立即不亮，L 1逐渐变亮B ．S 闭合，L 1亮度不变，L 2很亮；S 断开，L 1、L 2立即不亮C ．S 闭合，L 1、L 2同时亮，而后L 1逐渐熄灭，L 2亮度不变；S 断开，L 2立即不亮，L 1亮一下才灭D ．S 闭合，L 1、L 2同时亮，而后L 1逐渐熄灭，L 2则逐渐变得更亮；S 断开，L 2立即熄灭，L 1亮一下才灭【答案】 D【典例2】某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁芯的线圈L 、小灯泡A 、开关S 和电池组E ，用导线将它们连接成如图所示的电路．检查电路后，闭合开关S ，小灯泡发光；再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象．虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他冥思苦想找不出原因．你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是( )．A．电源的内阻较大 B．小灯泡电阻偏大C．线圈电阻偏大 D．线圈的自感系数较大【答案】 C【典例3】如图所示为一光滑轨道，其中MN部分为一段对称的圆弧，两侧的直导轨与圆弧相切，在MN部分有如图所示的匀强磁场，有一较小的金属环如图放置在P点，金属环由静止自由释放，经很多次来回运动后，下列判断正确的有（）A．金属环仍能上升到与P等高处；B．金属环最终将静止在最低点；C．金属环上升的最大高度与MN等高处；D．金属环上升的最大高度一直在变小。
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“断电自感”中的电流问题剖析
重庆市潼南塘坝中学校张大洪
“断电自感”是一种常见的电磁感应现象，其电路图如图示；下面对该电路中开关K断开前后的电路状态与变化过程作如下分析：（忽略电池内阻及导线电阻，并设灯A的电阻为R A，线圈L的直流电阻为R L，电动势为ε）
一、K闭合电路稳定时线圈L中的电流大小与方向：线圈L中的电流强度为，通过灯泡的
电流强度为，电流方向均向左；
二、电路稳定时线圈中储存的能量：我们先考虑当线圈与电流接通时，由于线圈的自感现象使电路中的电流i并不立刻由0变到稳定值I L0，而要经过一段时间；在这段时间内电路中的电流在增大，因而有反方向的自感电动势存在；那么电路中的电源（电池组）不仅要供给电路中产生焦耳热的能量，而且还要
反抗自感电动势做功。
下面我们计算在电路中建立稳定电流I L0过程中电流所做的这部分额外功：在时间内电源反抗自感电动势所做的功为，式中i为电流强度的瞬时值；而，故；那么在建立电流的整个过程中，电源反抗自感电动势所做的功为
，这部分功以能量的形式储存在线圈L内。
当K断开时电流由稳定值I L0减小到0，线圈中产生与电流方向相同的感应电动势。
线圈中原已储存的能量通过自感电动势作功
全部释放出来；故K断开瞬间线圈中的能量为。
三、K断开瞬间A灯与线圈L的电流情况：
⑴电流方向：K断开瞬间通过灯A的电流立刻减小为0；但同时由于线圈L中的电流I L0减小，故L
中的自感电流I L'必与原电流I L0同向以“阻碍”原电流的减小，因而线圈L作了A、L回路的电源，且线圈L的左端为电流负极而右端为正极；故实际上K断开瞬间经过灯A的电流并不为0而是方向向左的电流I L。
⑵L断开瞬间线圈与A灯中的瞬时电流的大小：电路断开后线圈将原来储存起来的能量（磁场能）通过自感而经回路L、A释放，故在K断开前、后的瞬间线圈的能量（磁场能）是相等的，而磁场是由电流产
生的，因而K断开后瞬线圈中的总电流强度与断开前的电流强度I L0必相等。
所以断电自感中线圈中的电流将从断开前瞬的电流强度I L0开始减小。
那么开关断开瞬间加于电灯L两端的瞬间电压为。
四、K断开后的变化过程中通过灯A及线圈L中的电流强度的变化关系：稳定电路中将K断开后，灯A与线圈L组成新的回路，此电路中没有外电源；但是由于自感作用而在线圈中产生与原电流同向的自感
电动势及自感电流，所以回路中的电流强度并不立即减小为0；由自感电动势及闭合电路欧
姆定律有：回路中任一时刻的电流大小为即有，由于K断开时（ε为电池电动势），故对上式两边积分可得
，解之得断电自感中任一时刻t时电路中的电流随时间的变化关系为，由此可见随着时间的推延电路中的电流强度逐渐减小到0。
五、灯A“闪亮”的条件：由前面知K断开后通过灯A的电流强度将从原电流I L0开始减小，故通过灯A的最大电流必由I L0确定；
⑴当线圈L的直流电阻为R L≥R A时，必有稳定电流I L0≤I A0，故断开K的瞬间通过灯A的电流的大小为I L0而较A的额定电流小，因而灯A将逐渐变暗到熄灭，其电流变化如图甲示t1─t2段。
⑵当线圈L的直流电阻为R L<I A0，故断开K的瞬间通过灯A的电流的大小为I L0而较A的额定电流大，因而灯A将“闪亮”（如图乙中的t1─t2段所示）一会后逐渐变暗到熄灭。
六、L断开前、后通过灯A的电流变化图象如下图所示（以断开前的电流方向为正方向）。
七、例题与解析：
例设下图1中电源电动势E＝10V内阻不计，线圈L的直流电阻与R相同均为5Ω，两两灯泡的电阻均为R S＝10Ω；求断开S瞬间灯泡L1两端的电压为多少？
分析：当开关S闭合电路稳定时L1与L的直流电阻并联、L2与电阻R并联然后二者再串联，由欧姆定律可知此时通过线圈L的恒定电流为I L＝1A。
当开关S断开瞬间灯L2立即熄灭而灯L1与线圈L却组成了一个闭合回路，线圈L由于自感而对A供电且L中的电流必从断开前的I L＝1A开始逐渐减小，故当S断开
瞬间通过灯泡A的电流必为1A，因而此时加在灯泡L1的两端电压为，且S 断开后通过灯泡L1的电流方向将由原来的向右而变成向左。
练习1：图2中线圈自感系数L很大而直流电阻，电源电动势为E，当开关闭合时用
依次表示流过线圈L、灯A的电流及两端的电压，则在K断开瞬间会出现（）
A．突然变大B．突然变大C．突然变大D．都不能变大
答案：B、C
练习2：图3示a、b中，电阻R和自感线圈L的电阻均很小且小于灯S的电阻，接通开关K使电路达到稳定，灯S发光则（）
A．在电路a中断开K后，S将逐渐变暗
B．在电路a中断开K后，S将先变得更亮然后才逐渐变暗
C．在电路b中断开K后，S将逐渐变暗
D．在电路b中断开K后，S将先变得更亮然后才逐渐变暗答案：A、D。