自制低成本斷電自感演示儀①

王修權(quán)

(甘肅省永昌縣第一高級中學(xué)，甘肅 金昌 737200)

自感現(xiàn)象是一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,是由于流過導(dǎo)體本身電流的變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。在自感現(xiàn)象的教學(xué)中實驗顯得尤為重要，圖1是實驗室常用的一種自感演示儀,該儀器的優(yōu)點是演示通電自感現(xiàn)象明顯,但缺點是演示斷電自感現(xiàn)象不明顯。為克服這一缺點,課題組成員利用鎮(zhèn)流器、二極管等元件自制了低成本斷電自感演示儀,實驗教學(xué)效果良好。

圖1

1 制作材料

干電池、鎮(zhèn)流器、有極性發(fā)光二極管(3只)、無極性發(fā)光二極管(2只)、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線若干。

2 制作過程

根據(jù)實驗要求設(shè)計出如圖2所示的電路,其中D是電源指示燈，D1、D2是有極性發(fā)光二極管,D3、D4是兩個相同規(guī)格的無極性發(fā)光二極管，根據(jù)電路圖連接相應(yīng)的實物電路。

圖2

3 演示實驗

3.1 演示“千人震”

“千人震”是自感現(xiàn)象教學(xué)中有趣的演示實驗,演示步驟如下：

(1)讓學(xué)生回憶人體的安全電壓,明確將3V的電源接到人體是安全的,不會有觸電感的。

(2)斷開開關(guān)K2、K3,讓學(xué)生手拉著手接入電路中,接通開關(guān),引導(dǎo)學(xué)生觀察電源指示燈的亮滅情況。

(3)斷開開關(guān)K1,學(xué)生會在觀察到電源指示燈滅了的瞬間,有比較強的觸電感。

教師通過演示實驗引發(fā)了學(xué)生的認知沖突,提出問題：電源斷開了,電從何而來呢？激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習興趣。

圖3

3.2 演示斷電自感中小燈泡是否“閃亮”一下再熄滅

本自制教具中用無極性發(fā)光二極管代替了實驗室常用儀器中的小燈泡,使得斷電自感中的一個特殊現(xiàn)象——閃亮一下再熄滅的實驗現(xiàn)象很明顯，主要操作步驟如下：

(1)閉合開關(guān)K1、K3,斷開開關(guān)K2,提醒學(xué)生觀察：當斷開開關(guān)K1的瞬間,D3會不會突然閃亮一下再熄滅。

(2)閉合開關(guān)K1、K3后,D3、D4發(fā)光,調(diào)節(jié)滑動變阻器,使得D3的亮度很暗，同時將D4短路,在斷開開關(guān)K1的瞬間,D3會突然閃亮一下再熄滅。

3.3 探究感應(yīng)電流的方向

如圖4所示,利用二極管的單向?qū)щ娦?，可說明感應(yīng)電流的存在，并驗證感應(yīng)電流的方向,操作步驟如下：

圖4

(1)閉合開關(guān)K1、K2,斷開開關(guān)K3,提醒學(xué)生觀察：當斷開開關(guān)K1的瞬間,D2會不會閃亮一下。

(2)閉合開關(guān)K1、K2后,根據(jù)電源電動勢的方向,D1導(dǎo)通、發(fā)光。

(3)斷開開關(guān)K1的瞬間,D2閃亮一下。究其原因是由于線圈中電流減小，產(chǎn)生了自感電動勢，此時線圈相當于電源,與D2構(gòu)成回路，感應(yīng)電流使D2閃亮了一下。

4 實驗創(chuàng)新點

(1)低成本是該器材最大的創(chuàng)新點，該器材的主要元件是廢舊日光燈中的鎮(zhèn)流器,很容易找到。

(2)實驗現(xiàn)象明顯、易操作，用無極性發(fā)光二極管代替小燈泡,使得實驗現(xiàn)象非常明顯。

(3)更換、維修方便，本教具中發(fā)光二極管采用插孔式接線方式,因此,更換發(fā)光二極管非常方便。

5 注意事項

(1)用2節(jié)1.5V干電池做電源，由于二極管的正向?qū)妷狠^小(2V左右),為此,根據(jù)電路需要,該儀器的電源電壓應(yīng)控制在3V以內(nèi)。

(2)妥善保管,防止損壞電路：本教具中含有二極管及許多外部電路,演示結(jié)束后,應(yīng)將其裝入盒中,防止損壞電路。