J2446型自感現(xiàn)象演示器的教學(xué)探討

谷良光

(亳州市第一中學(xué) 安徽 亳州 236832)

1 提出問題

電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過網(wǎng)絡(luò)視頻資源幾乎沒有發(fā)現(xiàn)斷電自感現(xiàn)象效果較好的實(shí)驗(yàn)，往往用多媒體動(dòng)畫演示斷電自感現(xiàn)象，但不利于學(xué)生體驗(yàn)學(xué)習(xí)和動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)．本寄希望于新購(gòu)進(jìn)的J2446型自感現(xiàn)象演示器，但在演示斷電自感現(xiàn)象效果仍很不好，為解決這個(gè)難題筆者做了一些嘗試．

2 探究問題

2.1 拆檢儀器

J2446型自感現(xiàn)象演示器外觀如圖1所示，拆開J2446型自感現(xiàn)象演示器，內(nèi)部電路如圖2所示，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部構(gòu)造與展示板電路對(duì)比，里面暗藏玄機(jī)，斷電自感電路與板示電路明顯不符，與燈泡多串聯(lián)一個(gè)幾歐姆的定值電阻，與此定值電阻并聯(lián)一個(gè)“470 μF，16 V”的電容器．即我們看到的斷電自感現(xiàn)象是“被斷電自感現(xiàn)象”．這種做法違背了實(shí)事求是科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃枷?，?duì)學(xué)生的思想的負(fù)面影響遠(yuǎn)大于實(shí)驗(yàn)本身的認(rèn)知教育．因此，筆者甚是反對(duì)．圖1演示器左側(cè)電路演示通電自感現(xiàn)象，該器材演示效果較為理想．右側(cè)電路演示斷電自感現(xiàn)象，效果很不理想，幾乎看不到燈泡緩慢熄滅，也看不到燈泡閃亮之后緩慢熄滅．

圖1 自感現(xiàn)象演示器

2.2 由實(shí)物圖做電路圖

由圖2斷電自感的實(shí)際電路做出等效電路如圖3所示．

圖2 斷電自感的實(shí)際電路

圖3 斷電自感的等效電路

2.3 J2446型斷電自感電路的作用原理

筆者分析如下，開關(guān)S閉合時(shí)，電路接通燈泡變亮，電容器充電．電路穩(wěn)定后通過燈泡的電流為I0，電感線圈的電流IL．燈泡的電阻與定值電阻R大于線圈自身的電阻，因此I0

3 分析問題

4 解決問題

有沒有更好的方法，既不破壞實(shí)驗(yàn)原理又能使學(xué)生清楚觀察到斷電自感現(xiàn)象呢？答案是肯定的.筆者通過實(shí)驗(yàn)操作總結(jié)三個(gè)方法．

其一，將演示實(shí)驗(yàn)用的可拆變壓器線圈代替圖2中線圈，原因是可拆變壓器的匝數(shù)可以調(diào)控，這樣滿足電路各參數(shù)的匹配，燈泡額定電壓為6.3 V，直流電源電動(dòng)勢(shì)12 V，當(dāng)線圈匝數(shù)為800匝時(shí)，斷電自感現(xiàn)象較為明顯；

其二，將3個(gè)參數(shù)為“2.5 V，0.3 A”小燈泡串聯(lián)后與800匝的線圈并聯(lián)后接入12 V電源，效果也很明顯．(以上兩種方法需要借助電工學(xué)和電磁學(xué)理論計(jì)算，筆者不再贅述僅供讀者實(shí)踐參考)；

其三，將圖1中演示斷電自感的開關(guān)S先斷開，直流電源6 V，將圖3中的電容和定值電阻拆去，將3.8 V的燈泡直接與圖2中的線圈并聯(lián)，即把“偽電路”部分撤去，按圖1右側(cè)板示圖連接電路．然后將開關(guān)S刀片輕輕與金屬片接觸，由于不是閉合狀態(tài)，接觸處電阻較大，使得燈泡亮度較暗，然后迅速斷開開關(guān)S，會(huì)看到燈泡閃亮后緩慢熄滅．

除上面簡(jiǎn)易的改進(jìn)方案外，還可以用兩個(gè)并聯(lián)的發(fā)光二極管代替燈泡，不僅能觀察到明顯的斷電自感現(xiàn)象，還可以說明斷電極短時(shí)間里的電流方向．

5 思考

盡管是演示儀器，內(nèi)部實(shí)際電路應(yīng)與板示電路完全一致，實(shí)驗(yàn)要科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)驗(yàn)器材更不能弄虛作假，否則，對(duì)學(xué)生思想的負(fù)面影響遠(yuǎn)超出對(duì)科學(xué)真理的訴求．

參考文獻(xiàn)

1 程守珠，江之永.普通物理學(xué)(第二冊(cè)).北京:高等教育出版社,2004.262～265