利用DIS探究電路的自感現象

張兆福

摘要：利用DIS和自感線圈、電阻箱等實驗室常用器材，對自感現象演示實驗進行改進，從定量的角度分析發生自感現象時電流隨時間變化的規律。

關鍵詞：DIS；自感現象；實驗改進

中圖分類號：G633.7文獻標識碼：A文章編號：1992-7711（2020）04-0127

一、提出問題

“人教版”《選修3～2》第四章第六節《互感和自感》一節中，分別演示了通電自感和斷電自感。

然而，實際操作中我們發現，由于外界燈光等原因，在演示通電自感時，燈泡A1比燈泡A2亮得慢這個現象并不明顯。另外，由于個體差異，不是每一位學生都能體會到開關斷開后燈泡A的延時熄滅。為了解決上面存在的問題，并讓學生能夠更直接看到發生自感現象時電流和電壓隨時間變化的規律，我們利用DIS和線圈、變阻箱等實驗室提供的常規器材，對該實驗進行改進。

二、實驗方案

1.對通電自感實驗的改進。按圖1甲所示連接電路，其中電流表用電流傳感器代替，通過數字化實驗系統顯示I-t圖像觀察電流的變化。為了進行對比，可以拆掉線圈再測一次（如圖1乙），可以比較一下兩者的區別。

2.對斷電自感實驗的改進。按圖2甲所示連接電路，其中電壓表和電流表分別用電壓傳感器和電流傳感器代替，通過數字化實驗系統得到U-t圖像和I-t圖像觀察電壓、電流的變化。為了進行對比，可將電流傳感器接在電阻支路上（如圖2乙），可以比較一下前后兩次實驗圖像的區別。

三、探究過程

1.按圖1甲所示連接電路，利用數字化信息系統進行數據采集，再按圖1乙所示連接電路，同樣利用數字化信息系統進行數據采集，得到如圖3所示I-t圖像。

2.按圖2甲所示連接電路，利用數字化信息系統進行數據采集，得到如圖4所示U-t和I-t圖像。

3.按圖2乙所示連接電路，利用數字化信息系統進行數據采集，得到如圖5所示U-t和I-t圖像。

四、數據分析

1.通電自感實驗分析。如圖3所示，在沒有接線圈的電路中閉合開關后，電流迅速增加（曲線1）；在接有線圈的電路中，閉合開關后，電流沒有迅速增加到最大（曲線2），說明線圈阻礙了電流的增加。

2.斷電自感實驗分析。如圖4所示，電流沒有迅速減小為零（電流曲線），電壓先反向增加，后再減小為零（電壓曲線），說明開關斷開后電流并沒有迅速消失，而是在線圈和電阻箱之間存在回路。通過電阻箱的電流方向與原來相反（圖5電流曲線可證明：電流方向先反向，再減?。?，因此我們可以得出結論：線圈阻礙了電流的減小。

五、歸納總結

本實驗利用DIS把定性演示實驗轉變為定量探究實驗，學生在實驗過程中學會了獲取知識的方法，使其思維變得活躍，動手能力得到了加強，符合新課程背景下對物理課堂教學的要求。

參考文獻：

[1]教育部.普通高中課程標準實驗教科書物理（選修3-2）[M].北京：人民教育出版社，2010.

[2]丁煥平，張英.利用DIS定量探究安培力創新設計[J].物理教學探究，2014（3s）.

（作者單位：浙江省麗水市龍泉一中323700）