談“千人震”自感現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)

鄧宗茂 趙志剛

(沙縣金沙高級(jí)中學(xué) 福建 三明 365500)

在我市的一次物理教學(xué)觀摩活動(dòng)中，有一位教師上普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)(魯科版)《物理·選修3-2》第二章第二節(jié)“自感”時(shí)，為了創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，做了一個(gè)千人震自感現(xiàn)象演示實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)電路如圖1所示.

圖1

即

兩邊積分得

從而

代入初始條件

得C2=I0.故

(1)

自感電動(dòng)勢(shì)

(2)

電感線圈上的電壓降為IRL=E，加在兩個(gè)牽手學(xué)生身上的總電壓為40E，加在每個(gè)學(xué)生身上的電壓為20E.而3人實(shí)驗(yàn)時(shí)，電動(dòng)勢(shì)的峰值為

圖2

從能量的觀點(diǎn)來(lái)看，也是很顯然的.開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，電池與人體已經(jīng)脫離，導(dǎo)致學(xué)生觸電所需的能量由自感線圈L中磁場(chǎng)的能量轉(zhuǎn)化而來(lái)，即

這表明，在增加牽手人數(shù)時(shí)，由于線圈中儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量沒(méi)有變化，人均觸電能量就會(huì)減少，所以，學(xué)生的觸電感覺(jué)變?nèi)?若要增強(qiáng)學(xué)生的觸電感覺(jué)，可以通過(guò)減小線圈的電阻RL，或者增大線圈的自感系數(shù)L來(lái)提高磁場(chǎng)能量，由式

可知，L加倍會(huì)導(dǎo)致磁場(chǎng)能量加倍，而RL減半會(huì)使磁場(chǎng)能量增加到原來(lái)的4倍，即要達(dá)到提高磁場(chǎng)能量增強(qiáng)觸電感覺(jué)的目的，減小RL比增大L更有效.

順著以上思路，對(duì)自感現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行探究，教材中通電自感現(xiàn)象是用圖3演示的.從理論上說(shuō)用此圖演示斷電自感現(xiàn)象也是可行的，該電路在斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S的瞬間產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)的最大值為

因RL1的存在使磁場(chǎng)能大大減小，同時(shí)使馳豫時(shí)間

減小，而沒(méi)有足夠能量和通電時(shí)間使燈L2發(fā)生閃亮現(xiàn)象.現(xiàn)行教材中往往用圖4所示電路演示斷電時(shí)燈L的閃亮現(xiàn)象，因?yàn)閳D4中L線圈支路不存在RL1而導(dǎo)致線圈中儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量顯著增大，馳豫時(shí)間也增大，使斷電時(shí)產(chǎn)生閃亮的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯.

圖3圖4

1 廖伯琴.物理·選修3-2.濟(jì)南:山東科技出版社,2007