自制低成本斷電自感演示儀①

王修權

(甘肅省永昌縣第一高級中學，甘肅 金昌 737200)

自感現象是一種特殊的電磁感應現象,是由于流過導體本身電流的變化而產生的電磁感應現象。在自感現象的教學中實驗顯得尤為重要，圖1是實驗室常用的一種自感演示儀,該儀器的優點是演示通電自感現象明顯,但缺點是演示斷電自感現象不明顯。為克服這一缺點,課題組成員利用鎮流器、二極管等元件自制了低成本斷電自感演示儀,實驗教學效果良好。

圖1

1 制作材料

干電池、鎮流器、有極性發光二極管(3只)、無極性發光二極管(2只)、滑動變阻器、開關、導線若干。

2 制作過程

根據實驗要求設計出如圖2所示的電路,其中D是電源指示燈，D1、D2是有極性發光二極管,D3、D4是兩個相同規格的無極性發光二極管，根據電路圖連接相應的實物電路。

圖2

3 演示實驗

3.1 演示“千人震”

“千人震”是自感現象教學中有趣的演示實驗,演示步驟如下：

(1)讓學生回憶人體的安全電壓,明確將3V的電源接到人體是安全的,不會有觸電感的。

(2)斷開開關K2、K3,讓學生手拉著手接入電路中,接通開關,引導學生觀察電源指示燈的亮滅情況。

(3)斷開開關K1,學生會在觀察到電源指示燈滅了的瞬間,有比較強的觸電感。

教師通過演示實驗引發了學生的認知沖突,提出問題：電源斷開了,電從何而來呢？激發了學生的學習興趣。

圖3

3.2 演示斷電自感中小燈泡是否“閃亮”一下再熄滅

本自制教具中用無極性發光二極管代替了實驗室常用儀器中的小燈泡,使得斷電自感中的一個特殊現象——閃亮一下再熄滅的實驗現象很明顯，主要操作步驟如下：

(1)閉合開關K1、K3,斷開開關K2,提醒學生觀察：當斷開開關K1的瞬間,D3會不會突然閃亮一下再熄滅。

(2)閉合開關K1、K3后,D3、D4發光,調節滑動變阻器,使得D3的亮度很暗，同時將D4短路,在斷開開關K1的瞬間,D3會突然閃亮一下再熄滅。

3.3 探究感應電流的方向

如圖4所示,利用二極管的單向導電性，可說明感應電流的存在，并驗證感應電流的方向,操作步驟如下：

圖4

(1)閉合開關K1、K2,斷開開關K3,提醒學生觀察：當斷開開關K1的瞬間,D2會不會閃亮一下。

(2)閉合開關K1、K2后,根據電源電動勢的方向,D1導通、發光。

(3)斷開開關K1的瞬間,D2閃亮一下。究其原因是由于線圈中電流減小，產生了自感電動勢，此時線圈相當于電源,與D2構成回路，感應電流使D2閃亮了一下。

4 實驗創新點

(1)低成本是該器材最大的創新點，該器材的主要元件是廢舊日光燈中的鎮流器,很容易找到。

(2)實驗現象明顯、易操作，用無極性發光二極管代替小燈泡,使得實驗現象非常明顯。

(3)更換、維修方便，本教具中發光二極管采用插孔式接線方式,因此,更換發光二極管非常方便。

5 注意事項

(1)用2節1.5V干電池做電源，由于二極管的正向導通電壓較小(2V左右),為此,根據電路需要,該儀器的電源電壓應控制在3V以內。

(2)妥善保管,防止損壞電路：本教具中含有二極管及許多外部電路,演示結束后,應將其裝入盒中,防止損壞電路。