通斷電自感演示實驗設計

葉彬

一、概要

傳統的通斷電自感演示實驗能夠形象地展示出小燈泡的亮度變化及發光時間的滯后現象。但是，電路中的電流大小及電流在通斷電瞬間隨時間的變化情況卻無從知曉。

數字傳感器通斷電自感實驗能把各支路的電流大小及通斷電瞬間電流的大小和方向的變化以數據、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象，中間缺乏一個形象、直觀的電路和現象供學生觀察，也不利于老師講解說明。學生很難信服電腦上不明就里的實驗結論。

考慮到以上兩種實驗的優缺點完全可以互補的關系，我設計出一套傳統實驗加數字實驗的新型演示實驗——新型通斷電自感演示實驗。

二、實驗原理

自感現象是一種特殊的電磁感應現象，它是由導體本身電流變化而引起的。流過線圈的電流發生變化，導致穿過線圈的磁通量發生變化而產生的自感電動勢，總是阻礙線圈中原來電流的變化，當原來電流在增大時，自感電動勢與原來電流方向相反；當原來電流減小時，自感電動勢與原來電流方向相同。因此，“自感”，簡單地說，就是由于導體本身的電流發生變化而產生的電磁感應現象，叫做自感現象。

（一）通電自感電路圖：

（二）斷電感電路圖：

三、實驗器材

（一）數字實驗部分：

電腦、數字實驗光盤（安裝到電腦上即可）、數據采集器、電流傳感器兩個、數據線三根（一根用于電腦和數據采集器之間，兩根用于數據采集器和電流傳感器之間）。

（二）傳統實驗部分：

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

（三）其他部分：

背投（大屏幕）、實物投影儀。

（四）注意事項：

導線易選用鱷魚夾類型的，便于安裝拆卸。

四、安裝和操作

（一）準備工作：

1.把軟件DISLab6.8安裝到電腦上；

2.把數據采集器連接到電腦上；

3.把電流傳感器連接到數據采集器上。

（二）通電自感演示：

1.按電路圖一連接好電路；

2.兩個電流傳感器分別連接到燈泡1和燈泡2的兩端。閉合開關，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.把電流傳感器串聯在燈泡的支路中，斷開開關，用電腦記錄下閉合瞬間電流的變化。

五、實驗現象

（一）通電自感演示：

閉合電源瞬間會看到實驗板上支路1的燈泡先亮，支路2的燈泡后亮。同時電腦屏上會顯示支路1（與滑動變阻器串聯）的電流迅速達到某一值，隨后保持不變；支路2（與自感線圈串聯）的電流相對緩慢地提升至某一值，隨后保持不變。

（二）斷電自感演示：

斷開電源瞬間會看到實驗板上燈泡亮度突然增大（閃亮）。同時電腦屏上會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，提前用滑動變阻器把兩支路通電后的電流調成相同大小——控制變量。

2.演示通電和斷電自感時，在閉合開關的瞬間會發現電流先有個小峰值，這其實也是自感所致。

六、心得體會

本次創新的實驗教具——新型通斷電自感演示器基本上達到了我預期的設想。它不僅展示出了神奇的自感現象，而且把現象的本質原原本本地展現出來，便于學生的理解和進一步探究。在制作過程中，我做了很多嘗試，包括電源、線圈、變位器、燈泡及導線的選擇都一一比較，從而制訂最佳實驗方案。該實驗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。我也會以此為契機，更努力地為教學服務。