自感現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

景文波

(大城縣第一中學(xué) 河北 廊坊 065900)

1 引言

文獻(xiàn)[1]指出：現(xiàn)行高中教材中設(shè)計(jì)的分別演示通、斷電自感現(xiàn)象的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)(如圖1、 圖2所示)，最大缺點(diǎn)在于把通電自感和斷電自感兩種現(xiàn)象割裂開來.且兩實(shí)驗(yàn)分開做浪費(fèi)時(shí)間，也不易解釋斷電自感實(shí)驗(yàn)中接通瞬間燈泡的突然閃亮.因此完全可以用斷電自感實(shí)驗(yàn)裝置同時(shí)觀察通、斷電自感現(xiàn)象;既省時(shí)省力，效果又好.此設(shè)計(jì)尊重事實(shí)，充分挖掘和利用了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，效果頗好.

圖1 圖2

筆者認(rèn)為原斷電自感實(shí)驗(yàn)電路可再進(jìn)一步改進(jìn)，效果會(huì)更好.而且原通電自感實(shí)驗(yàn)電路也可進(jìn)一步改進(jìn)加以利用，同樣也能既演示通電自感又能演示斷電自感.自感是一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，遵循楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律.通、斷電自感現(xiàn)象都是相伴發(fā)生的;通之后必然要斷，斷之前必要先通.所以演示通電自感現(xiàn)象在斷開時(shí)必然存在斷電自感，演示斷電自感現(xiàn)象在通電時(shí)也有通電自感.只是由于器材諸多性能所限沒有宏觀表現(xiàn)出來.既然理論上存在這種現(xiàn)象，與其給學(xué)生完美的解釋，為什么不把它變成可以觀察到的現(xiàn)象讓學(xué)生真切地去體驗(yàn)?zāi)兀繛榇?，筆者對實(shí)驗(yàn)電路做了設(shè)計(jì)改進(jìn)，器材重新選配，以期達(dá)到完美的演示效果.

2 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

2.1 設(shè)計(jì)方案一：用“通電自感”電路演示通、斷電自感現(xiàn)象

圖3

如圖3所示 ,該設(shè)計(jì)保持原有圖1電路模式，A1用一組LED發(fā)光二極管D1(發(fā)光二極管具有單向?qū)щ娦?，且電阻大，發(fā)光所需電流小等特性，正好符合本電路要求)取代，A2用另外兩組LED發(fā)光二極管D2,D3反向并接在一起取代，其中D1,D2同向正向?qū)?

器材選配：LED發(fā)光二極管組D1，D2用相同顏色的10～15個(gè)發(fā)光二極管并接在一起,可以做成箭頭形狀以表示電流方向，D1,D2電流指向相同，D3用另一種顏色的10～15個(gè)發(fā)光二極管并接在一起,也做成箭頭形狀與D1,D2電流指向相反.L用自感系數(shù)大、直流電阻約10～20 Ω的線圈(可用功放輸出變壓器或大一點(diǎn)的電源變壓器副線圈)，R,R1用0～50 Ω電位器，電源用4節(jié)一號電池.

2.2 設(shè)計(jì)方案二：用“斷電自感”電路演示通、斷電自感現(xiàn)象

圖4

如圖4所示,也保持原有圖2電路模式，用兩組不同顏色的LED發(fā)光二極管D1,D2反向并接在一起取代小燈泡，也都做成箭頭形狀用來指示電流方向.線圈、電源與設(shè)計(jì)方案一配置相同,可以共用，上述兩實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可安裝在一塊演示板的正、反面.

3 演示效果

3.1 用設(shè)計(jì)方案一演示通、斷電自感現(xiàn)象

(1)首先閉合圖3中開關(guān)S，調(diào)節(jié)R，R1使LED發(fā)光二極管D1，D2達(dá)到相同的合適亮度，斷開S.

(2)再次閉合S，發(fā)現(xiàn)D1滯后于D2正常發(fā)光，說明L有通電自感.

(3)斷開S，發(fā)現(xiàn)D2立即熄滅，而D1，D3稍后同時(shí)熄滅，說明L斷電時(shí)也有自感電動(dòng)勢產(chǎn)生，并且在回路L-D1-D3-R-L中形成D3指向的電流，注意觀察感應(yīng)電流的方向，D2中不再有電流.

3.2 用設(shè)計(jì)方案二演示通、斷電自感現(xiàn)象

(1)閉合圖4中開關(guān)S，D2不亮，D1先閃亮一下然后明顯變暗，說明電流方向沿D1指向，D2不導(dǎo)通,D1導(dǎo)通.L在接通瞬間由于通電自感產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢阻礙了L中電流的變化，導(dǎo)致L，D1兩端的電壓先大后小，流過D1的電流先大后小，說明通電時(shí)存在自感.

(2)斷開開關(guān)S，發(fā)現(xiàn)D1慢慢熄滅,D2閃亮一下，說明L有斷電自感，并且斷電時(shí)在回路L-D2-L中產(chǎn)生了D2指向的感應(yīng)電流.

重新設(shè)計(jì)的兩實(shí)驗(yàn)裝置不僅能在同一電路中演示通、斷電自感現(xiàn)象，而且能直接觀察感應(yīng)電流的方向，色彩、閃亮效果都非常好，有助于學(xué)生全面地認(rèn)識自感現(xiàn)象.以往的實(shí)驗(yàn)裝置從未能如此全面地體現(xiàn)自感現(xiàn)象.在教學(xué)過程中可選擇使用,也可共同使用兩實(shí)驗(yàn)裝置.

參考文獻(xiàn)

1 蔡志東, 潘才連.用斷電自感實(shí)驗(yàn)裝置同時(shí)觀察通電和斷電自感現(xiàn)象.物理通報(bào), 2010(6)：50