通斷電自感演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

葉彬

一、概要

傳統(tǒng)的通斷電自感演示實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛐蜗蟮卣故境鲂襞莸牧炼茸兓鞍l(fā)光時(shí)間的滯后現(xiàn)象。但是，電路中的電流大小及電流在通斷電瞬間隨時(shí)間的變化情況卻無從知曉。

數(shù)字傳感器通斷電自感實(shí)驗(yàn)?zāi)馨迅髦返碾娏鞔笮〖巴〝嚯娝查g電流的大小和方向的變化以數(shù)據(jù)、波形的形式記錄下來。但是，它是借助電腦演示小小的集成電路板的自感現(xiàn)象，中間缺乏一個(gè)形象、直觀的電路和現(xiàn)象供學(xué)生觀察，也不利于老師講解說明。學(xué)生很難信服電腦上不明就里的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

考慮到以上兩種實(shí)驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)完全可以互補(bǔ)的關(guān)系，我設(shè)計(jì)出一套傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)加數(shù)字實(shí)驗(yàn)的新型演示實(shí)驗(yàn)——新型通斷電自感演示實(shí)驗(yàn)。

二、實(shí)驗(yàn)原理

自感現(xiàn)象是一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，它是由導(dǎo)體本身電流變化而引起的。流過線圈的電流發(fā)生變化，導(dǎo)致穿過線圈的磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)，總是阻礙線圈中原來電流的變化，當(dāng)原來電流在增大時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)與原來電流方向相反；當(dāng)原來電流減小時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)與原來電流方向相同。因此，“自感”，簡(jiǎn)單地說，就是由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，叫做自感現(xiàn)象。

（一）通電自感電路圖：

（二）斷電感電路圖：

三、實(shí)驗(yàn)器材

（一）數(shù)字實(shí)驗(yàn)部分：

電腦、數(shù)字實(shí)驗(yàn)光盤（安裝到電腦上即可）、數(shù)據(jù)采集器、電流傳感器兩個(gè)、數(shù)據(jù)線三根（一根用于電腦和數(shù)據(jù)采集器之間，兩根用于數(shù)據(jù)采集器和電流傳感器之間）。

（二）傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)部分：

學(xué)生低壓電源（也可用干電池）、線圈（也可用變壓器線圈或整流器）、單刀開關(guān)、小燈泡（附燈座）、滑動(dòng)變阻器（也可用低阻值電位器）、導(dǎo)線若干。

（三）其他部分：

背投（大屏幕）、實(shí)物投影儀。

（四）注意事項(xiàng)：

導(dǎo)線易選用鱷魚夾類型的，便于安裝拆卸。

四、安裝和操作

（一）準(zhǔn)備工作：

1.把軟件DISLab6.8安裝到電腦上；

2.把數(shù)據(jù)采集器連接到電腦上；

3.把電流傳感器連接到數(shù)據(jù)采集器上。

（二）通電自感演示：

1.按電路圖一連接好電路；

2.兩個(gè)電流傳感器分別連接到燈泡1和燈泡2的兩端。閉合開關(guān)，用電腦記錄下閉合瞬間電流的變化。

（三）斷電自感演示：

1.按電路圖二連接好電路；

2.把電流傳感器串聯(lián)在燈泡的支路中，斷開開關(guān)，用電腦記錄下閉合瞬間電流的變化。

五、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

（一）通電自感演示：

閉合電源瞬間會(huì)看到實(shí)驗(yàn)板上支路1的燈泡先亮，支路2的燈泡后亮。同時(shí)電腦屏上會(huì)顯示支路1（與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)）的電流迅速達(dá)到某一值，隨后保持不變；支路2（與自感線圈串聯(lián)）的電流相對(duì)緩慢地提升至某一值，隨后保持不變。

（二）斷電自感演示：

斷開電源瞬間會(huì)看到實(shí)驗(yàn)板上燈泡亮度突然增大（閃亮）。同時(shí)電腦屏上會(huì)顯示出電流迅速反向增大再回到零值。

（三）注意：

1.為了避免電流因素的干擾，提前用滑動(dòng)變阻器把兩支路通電后的電流調(diào)成相同大小——控制變量。

2.演示通電和斷電自感時(shí)，在閉合開關(guān)的瞬間會(huì)發(fā)現(xiàn)電流先有個(gè)小峰值，這其實(shí)也是自感所致。

六、心得體會(huì)

本次創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)教具——新型通斷電自感演示器基本上達(dá)到了我預(yù)期的設(shè)想。它不僅展示出了神奇的自感現(xiàn)象，而且把現(xiàn)象的本質(zhì)原原本本地展現(xiàn)出來，便于學(xué)生的理解和進(jìn)一步探究。在制作過程中，我做了很多嘗試，包括電源、線圈、變位器、燈泡及導(dǎo)線的選擇都一一比較，從而制訂最佳實(shí)驗(yàn)方案。該實(shí)驗(yàn)亦被我校參加講課比賽的老師采用，并取得了良好的效果和成績(jī)。我也會(huì)以此為契機(jī)，更努力地為教學(xué)服務(wù)。