自制互感現(xiàn)象演示儀

蔣雪茹 陳博文

摘? 要：現(xiàn)有的互感現(xiàn)象演示儀演示過(guò)程中無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象判斷感應(yīng)電流的方向，本教具采用了藍(lán)色、白色LED燈替換原有的白熾燈。除此之外，現(xiàn)有儀器只能演示直流電源通斷電過(guò)程中發(fā)生互感現(xiàn)象，無(wú)法運(yùn)用在實(shí)際生活中，為此本教具增添了交流電源，用以演示生活中的互感現(xiàn)象產(chǎn)生原因，從而使學(xué)生從課堂走向生活。

關(guān)鍵詞：自制教具;互感現(xiàn)象;交流電源

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2019）6-0053-2

1? ? 自制教具背景

互感現(xiàn)象在生活中有著廣泛的應(yīng)用，變壓器、無(wú)線供電技術(shù)等都是以互感現(xiàn)象為基礎(chǔ)研發(fā)的，因此互感現(xiàn)象是連接物理與生活的橋梁之一。互感是感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件、楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律的融合，在教學(xué)過(guò)程中有著極大的困難，采用實(shí)驗(yàn)探究的方式進(jìn)行教學(xué)可以化抽象為形象，符合高中生的學(xué)習(xí)需求。

現(xiàn)有的互感現(xiàn)象演示儀不能滿足以下兩點(diǎn)教學(xué)需求：（1）不能直觀地演示感應(yīng)電流的方向;（2）不能演示交流電源產(chǎn)生的互感現(xiàn)象。

2? ? 新教具的原理圖（如圖1）

組成部分：直流電源、交流電源、兩個(gè)互不相連的線圈、鐵芯、LED燈。

原理：兩個(gè)互不相連的線圈，其中一個(gè)線圈的電流發(fā)生變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)線圈的磁通量發(fā)生變化，從而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，若線圈閉合則會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生。

3? ? 教具的改進(jìn)

3.1? ? LED燈替換普通白織燈

現(xiàn)有的互感現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)教具采用普通白熾燈來(lái)檢驗(yàn)互感現(xiàn)象能否發(fā)生，白熾燈的發(fā)光原理是發(fā)熱發(fā)光，不具有單向?qū)щ娦?，通過(guò)觀察白熾燈的發(fā)光情況，只能判斷是否有互感現(xiàn)象發(fā)生，不能進(jìn)一步探討感應(yīng)電流的方向。

此改進(jìn)裝置采用藍(lán)色、白色LED燈反向并聯(lián)代替普通白熾燈。其優(yōu)點(diǎn)有兩處，其一：藍(lán)色、白色LED燈都是二極管，而二極管具有單向?qū)щ娦?，利用這種性質(zhì)可以通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直接判斷感應(yīng)電流的條件，幫助學(xué)生更深入地理解互感現(xiàn)象的產(chǎn)生原因。

3.2? ? 增加交流電源

自感現(xiàn)象的應(yīng)用涉及到生活中的方方面面，除通斷電的自感現(xiàn)象外，還有變壓器、無(wú)線供電技術(shù)等，這些生活中的應(yīng)用不能通過(guò)簡(jiǎn)單的瞬間的自感來(lái)解釋，是一種連續(xù)的自感現(xiàn)象，為了更好地體現(xiàn)物理來(lái)源于生活，增強(qiáng)物理課堂與科學(xué)的聯(lián)系，此改進(jìn)裝置增加了交流電源，為了保證實(shí)驗(yàn)的安全性，通過(guò)變壓器將220 V的交流電轉(zhuǎn)化為18 V的交流電以用于實(shí)驗(yàn)。通過(guò)演示交流電源的互感現(xiàn)象可以開闊學(xué)生的眼界，拓展學(xué)生的思維，達(dá)到提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目的。

4? ? 教學(xué)應(yīng)用

教具可用于講解高中互感現(xiàn)象、感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件、楞次定律，幫助學(xué)生理解感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件是磁通量發(fā)生變化這一重要知識(shí)，在用于互感這一章節(jié)時(shí)，由于采用了白色、藍(lán)色LED燈反接，可以幫助學(xué)生理解、運(yùn)用楞次定律以及右手螺旋定則判斷感應(yīng)電流的方向。

5? ? 實(shí)驗(yàn)教具

5.1? ? 教具制作

教具由一個(gè)交流電源（AC—AC轉(zhuǎn)換器）、一個(gè)直流電源（兩節(jié)9 V干電池串聯(lián)）、兩個(gè)互不相連的線圈、U型鐵芯、LED燈、導(dǎo)線構(gòu)成。

線圈：按16 mm×32 mm×80 mm的尺寸，用有機(jī)玻璃制作如圖2所示的繞筒（用以纏繞線圈），然后用0.3 mm的漆包線各纏繞1500次制成圈。

檢測(cè)裝置（LED燈）：將6顆額定電壓為2 V的白色LED燈首尾相連，8顆額定電壓為2 V的藍(lán)色LED燈首尾相連，在接入電路時(shí)，使白色LED燈和藍(lán)色LED燈反向并聯(lián)，用于檢測(cè)感應(yīng)電流的方向。最后，用導(dǎo)線將制作好的線圈和檢測(cè)裝置相連，并安裝在底板上。

5.2? ? 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

1.閉合直流電源開關(guān)，白色LED燈發(fā)光（如圖2）。

2.斷開直流電源開關(guān)，藍(lán)色LED燈發(fā)光（如圖3）。

3.閉合交流電源開關(guān)，白色和藍(lán)色LED燈都發(fā)光（如圖4）。

6? ? 小? 結(jié)

物理是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的一門學(xué)科，物理教育工作者應(yīng)該不斷地對(duì)已有的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)，以期達(dá)到更好的實(shí)驗(yàn)效果去幫助物理課堂教學(xué)。總的來(lái)說(shuō)，改進(jìn)之后的實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)于課堂教學(xué)有了一些幫助，有利于引發(fā)學(xué)生的思考，幫助教師更好地進(jìn)行教學(xué)。此教具的教學(xué)過(guò)程曾多次獲獎(jiǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張顏萍.中學(xué)物理教具的生活化制作研究[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2018，47（24）：50-51.

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（欄目編輯? ? 王柏廬）