對變壓器演示實驗的改進和拓展

丁佐建

（江蘇省常州市第一中學，江蘇 常州 213000）

人教版高中物理3-2教材第5章第4節“變壓器”中的“思考與討論”中有一實驗：演示變壓器對交流電的作用，教材給出如圖1參考電路圖，筆者在教學實踐中發現，此實驗有拓展和改進的空間.

圖1

1 問題與改進

電路圖顯示，實驗使用的學生電源有交、直流兩種輸出，要求學生思考和討論“一個線圈連到交流電源的兩端，另一個線圈連到小燈泡上，小燈泡可能發光嗎？”演示得到肯定結果后，學生必然會形成與上述成鮮明對比的“變壓器對穩恒電流是否有類似的作用呢？”這樣的疑問.

教材給出兩種輸出的電源，編撰者也就是為教師演示留有發揮的余地——只要改接一下電源的輸出端，就能因電流的不同而形成迥然不同的效果，不但會給學生留下深刻的印象，還能很自然地引導學生深層次地思考變壓器的工作原理.部分教師在授課時可能也是如此操作.

但利用上述電路圖直接演示變壓器對穩恒電流的作用，看似只需簡單地將原線圈改接到穩恒直流電源上，但一個細節卻不容忽視.如果先斷開學生電源，待原線圈改接到直流電源后，合上電源開關，則會在合上開關的一瞬間，燈泡出現一次閃爍，開關斷開的一瞬間，小燈泡也會出現一次閃爍.這是因為，原線圈中穩恒電流的建立或消失需要一段時間（較短），鐵芯中的磁場會發生相應變化，由于時間較短，在副線圈中會產生一個峰值較大的感應電動勢和電流脈沖，如果學生觀察到閃爍現象，而教師不加解釋，會以為變壓器對穩恒電流也起到了某種作用，適得其反.如果先拆除副線圈和小燈泡的連接，把原線圈從交流電源改接到直流電源輸出端，接通原線圈電路，電流穩定后再將副線圈與小燈泡連接好，這時小燈泡不會發生閃爍，表明了變壓器不能傳輸穩恒電流的特征，達到了演示目的，很明顯操作繁瑣，尤其是在原線圈通路穩定的情況下“再將副線圈和小燈泡連接好”，從電工學的角度講有“帶電操作”的嫌疑，有違電工學操作規范（當然本實驗沒有危險），會對學生會產生潛移默化的不良影響.

如何改進呢？筆者認為很簡單，按照電工學對電路和操作的要求，在原、副線圈回路中各接上開關S1和S2，如圖2所示.

圖2

演示變壓器對穩恒電流作用，其流程如下：斷開S1和S2，改接好相關電路后，先將電源開關和S1閉合，再閉合S2，燈泡不亮，目標達成.

有教師可能會質疑S1存在的必要性，認為學生電源的自帶開關能夠滿足實驗的要求.其實S1的存在不只是為了滿足電路的規范要求，更重要的是能為實驗的后續拓展服務.

2 拓展與思索

講完變壓器工作原理后，我們可以再次利用如圖2電路圖進行如下的實驗拓展操作和相關問題的設問，以深化學生對變壓器原理的理解.

（1）在S2合上的狀態下，合上S1讓學生觀察并思索小燈泡閃爍的原因（傳統“千人震”實驗的原理）.

（2）在S2合上的狀態下，斷開S1讓學生觀察并思考小燈泡也能閃爍的能量來源（這是說明磁場具有能量的極好事例）.

（3）讓學生思索：小燈泡的閃爍不是特別明亮的原因（不是電流小，其實感應電流脈沖的峰值很大，只是持續時間短，能量少，不足以使燈絲升高至較高溫度并維持一段時間.此問題對學生而言有難度）.

（4）讓學生思索：如何讓小燈泡的閃爍更亮、更持續、更穩定（改變匝數比的效果不明顯，必須快速地、連續地通斷開關S1，通斷的頻率越高，燈泡越亮、越穩定，人眼甚至感覺不到閃爍，達到與交流電源同樣的發光效果，這是因為感應電流脈沖之間的時間間隔小，燈絲熱量散失慢，溫度可以上升并維持在較高值.最好讓學生自己動手操作和實踐，其操作效果非常明顯、動感十足、課堂氛圍極度高漲）.

（5）讓學生思索：上述現象是否說明變壓器對穩恒電流起到了傳送作用？（答案是否定的，而是進一步說明：只要原線圈的電流發生變化，即使不是交流電，副線圈也一定能產生感應電流）.

以上是筆者在教學實踐中的一點啟發，建議教材編撰者從電工學的規范要求和挖掘實驗潛能的角度出發，在原副線圈回路中各加上一開關，不當處請指正.

1 梁原.活用可拆變壓器 補充課堂演示實驗［J］.物理教師，2004（1）：31.