利用DIS實驗系統改進高中物理自感演示實驗

徐逸舟 周學新

摘 要：本文利用DIS實驗系統，對高中物理中自感現象進行了研究，改進了原教材中自感實驗的實驗方法，得到了較為理想的自感圖像，提高了原實驗的精度和趣味性。

關鍵詞：DIS實驗系統；自感現象；自感實驗圖像

1 前言

高中物理教材中，自感現象是按照下圖1來進行演示的。

這個實驗雖有易于演示，對比明顯的優點，然而也存在如下缺點：

（1）實驗觀察時間太短，憑感官容易產生錯覺。“斷開電路，此時可以看到燈A1要過一會兒才熄滅”，如果教師不提醒學生專注觀察兩燈泡亮度變化，學生很容易錯過觀察。

（2）不能顯示自感電動勢（或感應電流）的方向，也不能直觀顯示自感電動勢（或感應電流）的大小。了解感應電動勢產生方向和變化規律對于解決如整流器產生瞬間高電壓等實際問題有很大的幫助。所以學生有必要更詳細直觀的了解自感現象產生過程中感應電流方向和感應電動勢隨時間變化的規律，即實驗的本質。

2 利用DIS實驗系統對高中物理自感演示實驗的改進

2.1 改進后的實驗裝置

為了得到更好的實驗圖像，改變實驗原理如下圖2。

采用兩只完全相同的電阻R1、R2，通過R1、R2電流的變化與R1、R2兩端電壓U1、U2的變化成正比，作出“電壓-時間”圖象進行實驗研究。實驗實物電路連接如圖3所示。

2.2 改進后的實驗步驟

（1）將學生電源的正負極分別接到“朗威DISLab”自感現象實驗板的電源輸入端，將學生電源電壓調節到6V。將兩個“朗威DISLab”電壓傳感器的正負極分別接到“朗威DISLab”自感現象實驗板的R1和R2兩端。

（2）檢查所有線路連接是否正確，確認無誤后打開學生電源和“朗威DISLab”數據采集器的電源。

（3）打開電腦桌面上“朗威DISLab”的通用擴展軟件，看看是否接收到了兩個“朗威DISLab”電壓傳感器的電壓信號。

（4）進入繪圖模式，添加兩條函數關系，第一個是R1所在的“朗威DISLab”電壓傳感器和時間t的關系圖，用紅色表示；第二個是R2所在的“朗威DISLab”電壓傳感器和時間t的關系圖，用籃色表示。

最后試著斷開和閉合開關K，觀察圖像，調節x和y軸的量程，使效果圖最明顯。

2.3 改進后的實驗現象及數據分析

2.3.1 改進后的實驗現象

按照上述操作步驟，先閉合開關K，然后再斷開，接著按停止鍵。重復多次，取現象最明顯的圖像。得到圖4、圖5兩幅圖象

2.3.2 數據分析

（1）閉合電路瞬間，R1兩端電壓瞬間達到最大值，而R2兩端電壓逐漸增大至最大值，兩個最大值相同。符合實驗預期。

（2）斷開電路瞬間，R1兩端電壓由正值變成負值，且其最大值的絕對值比原來小。如圖5電路中電流減小，穿過線圈的磁通量也減小，電路中產生感應電動勢阻礙線圈電流的減小，通過R1的電流與原電流反向，R1兩端電壓由正值變成負值。

（3）R1、R2處于串聯狀態，而它們的電阻相等，所以R1、R2兩端電壓相等，電壓圖象中圖形的對稱。

（4）斷開電路以后，R1兩端電壓，R2兩端電壓從數值上均逐漸減小至零。

2.3.3 改進后實驗的優點

與原實驗比較有以下幾個優點：

（1）DIS實驗較好的展示了在電路閉合和斷開的瞬間自感現象所造成的電學量變化的具體過程。

（2）實驗的觀察無須收到受到觀察者主觀因素的限制，實驗的現象具有可記錄性。

（3）能較直觀地顯示感應電流、感應電壓的大小和方向。這是采用書本實驗方法無法體現的。

3 結語

利用“朗威DISLab”的自感現象實驗板、電壓傳感器等傳感器對自感現象進行定量研究，改變了教材單一定性實驗的缺點，為學生進一步深入研究電磁現象提供了前所未有的工具和條件。這也給一線教師提出了變革研究工具的要求。

參考文獻

[1]韓海波.利用DIS實驗系統改進自感演示實驗[J].物理通報，2011，40（10）：66-67.

[2]呼格吉樂.改進DIS實驗系統中彈簧振子的振動圖像實驗[J].物理實驗，2010，（5）：25-26.

（作者單位：浙江省長興中學）