對“斷電自感”演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

趙繼紅

〔關(guān)鍵詞〕 物理實(shí)驗(yàn);斷電自感;改進(jìn)

〔中圖分類號〕 G633.7〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕 C

〔文章編號〕 1004—0463(2009)12(B)—0059—01

一、高中《物理》第二冊教材中“斷電自感”演示實(shí)驗(yàn)存在的問題

連接圖1所示的實(shí)驗(yàn)電路,閉合電鍵S,待燈泡D正常發(fā)光后,斷開電鍵S,在斷開的瞬間,將觀察到燈泡D猛一亮,隨即熄滅,幾乎看不到“過一會兒熄滅”的現(xiàn)象,延時(shí)效果很差.

另外,這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)也不能顯示斷開電鍵后,流過線圈L和燈泡D的電流方向.

二、“斷電自感”演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

1.需要配備的器材

J1201型低壓電源、J2425型變壓器原理說明器、發(fā)光二極管(綠色效果較好)、電鍵、導(dǎo)線若干.

2.實(shí)驗(yàn)電路及器材使用的有關(guān)說明

實(shí)驗(yàn)電路如圖2.低壓電源輸出的電壓為4V或2V(沒有低壓電源也可用兩節(jié)電池串聯(lián)代替);L用J2425型變壓器原理說明器的1600匝紅色線圈代替,并把它套在閉合鐵心上;D為發(fā)光二極管;電鍵S用閘刀開關(guān)較好.

3.實(shí)驗(yàn)步驟

⑴簡述二極管的單向?qū)щ娦?并用低壓電源直流輸出2~4伏檔與二極管串聯(lián),分正向和反向兩次通電證實(shí)二極管的單向?qū)щ娦?

⑵按器材要求連好電路.

⑶閉合電鍵S,二極管不發(fā)光,表示二極管處在反向截止?fàn)顟B(tài).

⑷斷開電鍵,讓學(xué)生注意觀察斷開電鍵的瞬間發(fā)光二極管出現(xiàn)的現(xiàn)象.

4.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

斷開電鍵的瞬間,二極管突然發(fā)光,且由亮變暗,有明顯的延時(shí)性.

5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

⑴電鍵斷開的瞬間,線圈所在的電路中發(fā)生了自感現(xiàn)象,線圈上產(chǎn)生了自感電動勢,線圈和二極管所在的回路中有自感電流.

⑵結(jié)合如圖3所示的電路分析,可知斷開電鍵后,線圈中的電流方向仍與斷開前相同,且與二極管D構(gòu)成閉合回路.

⑶電鍵斷開的瞬間,線圈上產(chǎn)生的自感電動勢阻礙了原電流的變化,延長了電流減小的時(shí)間.

⑷電鍵斷開前后,二極管與線圈兩端的電勢高低關(guān)系都發(fā)生了變化,如圖3所示,斷開前,UaUb.斷開電鍵后,自感線圈相當(dāng)于電源.

6.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

⑴不能用低壓電源開關(guān)代替電路電鍵,否則由于電源內(nèi)電路的影響會觀察不到自感現(xiàn)象.

⑵發(fā)光二極管在電路中連接時(shí),極性要接正確.若接反,實(shí)驗(yàn)過程中的二極管可能被過高的自感電勢反向擊穿.

⑶斷開電鍵時(shí),動作要迅速.

7.與教材中的實(shí)驗(yàn)效果相比較

⑴發(fā)光二極管在電鍵閉合時(shí)不發(fā)光,電鍵斷開后突然發(fā)光,可以更形象、更直觀地說明自感現(xiàn)象的發(fā)生.

⑵實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)合電路分析,突出自感電流的延時(shí)性和方向性,能使學(xué)生更加容易地理解自感電動勢的作用.