改進斷電自感演示實驗的嘗試

崔東昊

自感現象是電磁感應現象的一種，在高中的物理學習中是一個重要的知識點。而斷電自感是其中的一個重要組成部分，其實現現象相對比較明顯，因此，在學習過程中，我們往往跟隨老師進行相應的演示實驗，而在課下，出于對物理的學習興趣，以及對電磁感應現象的好奇，我們會對相應的實驗過程進行一定的回顧，并在老師的指導下進一步地深入學習，并對實現過程進行更深的探討，以此加深對課堂知識的了解。

一、斷電自感現象的原理

1.自感現象

自感現象是一種相對而言比較特殊的電磁感應現象，主要是指在導體中的電流發生一定的變化的時候，導體周圍的磁場就會隨之產生相應的變化，繼而磁通量也會隨之發生相應的改變，并產生自感電動勢，而其自感電動勢往往會阻礙導體中原本的電流變化。自感現象往往通過自感電動勢來體現，而自感電動勢的主要影響因素就是自感現象發生的過程中電路中電流的變化。同時，自感現象主要發生在接通電路或者斷開電路的瞬間，這是因為，這時電路中的電流變化比較大，通電自感和斷電自感的表現往往不盡相同，而斷電自感的現象更加明顯，更加便于觀察和演示。

2.斷電自感

在電路中的電源被切斷時，電路中的電流會迅速發生變化，使電感線圈產生相應的自感電動勢，進而阻礙元電流的變化，即，使原電流減少的速度變慢。此時，電感線圈就相當于整個電路中又產生的另外一個電源，并且在斷電發生的瞬間，自感電動勢所產生的電流與電路中本來存在的電流大小一致，之后再逐漸減小直至變為零，另外，自感電動勢產生的電流盡管是阻礙原來電路中的電流發生變化的，但是，其電流的方向是與原來的電流方向保持一致的。而在斷電自感的演示中，由于電路等設計的不同，實驗電路中的燈泡在斷電瞬間往往會保持一定的亮度，甚至會在斷電的瞬間閃亮一下，然后再逐漸熄滅，這使我們能夠直觀地感受到斷電自感現象的發生及其作用的體現。

二、斷電自感演示實驗的改進

1.傳統的演示方法

圖1 傳統的斷電自感演示實驗電路

如圖1所示，傳統的斷電自感演示實驗只用了一個燈泡，在演示的過程中，在切斷電源的瞬間，電燈泡似乎直接熄滅而沒有發生斷電自感現象，同時也沒有對比，因此該實驗的形象性很難得到體現，沒有直觀的實驗效果，從而也很難產生相應的理解。因此，在老師的幫助下，通過查閱文獻等方法，對該實驗采取了一定的改進措施，使斷電自感的現象能夠更加直觀地得以體現。

2.改進后的演示方法

如圖2所示，改進后的斷電自感演示實驗電路采用的是發光二極管，其中的開關仍然采用電路的電鍵，而非電源開關。實驗過程及現象如下：

圖2 改進后的斷電自感演示實驗電路

（1）組裝電路，將二極管按照正確方向進行連接；

（2）閉合開關，二極管不發光；

（3）當電路穩定后，突然切斷開關，此時二極管瞬間發亮，之后其亮度逐漸降低，直至消失。

改進后的實驗表明，二極管在電源斷開后，其亮度的變化與教材中描述的斷電自感現象吻合，并且其實驗效果比較明顯。這說明在電源斷開的瞬間，該電路中的線圈發生了自感現象，并且產生了一定的自感電動勢，從而使線路中電流消失的速度變慢，即阻礙了電流的減小。在切斷電源之后的過程中，自感線圈起到了二極管的電源的作用，為其提供電流，進而使其亮度逐漸變暗。同時，二極管的發亮也說明了電源斷開前后，通過二極管的電流其方向并沒有發生改變，即自感線圈中的電流與整個電路中原來的電流方向是一致的，并沒有發生方向上的改變。這也使我們對斷電自感現象的理解更加直觀，同時，對整個過程中的電流變化及方向問題也有了更加清晰而明確的理解。

三、自感現象的實際應用

自感現象在實踐中也有很多用途，例如，日光燈中的鎮流器就是利用線圈的自感現象，使得電壓增加，進而與啟輝器共同作用使燈管發光。另外，煤氣灶的點火裝置，汽車的點火裝置，電風扇的電動機線圈，收音機的調頻裝置等都利用的了線圈的自感現象。但是，在實踐中，斷電時的自感現象也具有一定的負面影響，例如，大型的電機等在電源被切斷的瞬間會產生瞬時高壓，在開關附近形成極為不利的影響，嚴重時甚至會危及相關人員的生命安全。因此，我們應學會利用物理中的知識指導相關的生產和生活實踐。

綜上所述，斷電時的自感現象有比較明顯的特征，具有較好的觀察意義。通過實驗過程中將燈泡換成二極管等步驟的改進，斷電時的自感現象被放大，同時其延時性也大大增加，這使我們對斷電時的自感現象有了更加清晰的認識，同時，自己動手進行相關實驗的改進，也使我們對物理的學習更加有信心，更加具有探索精神。