對“斷電自感”演示實驗的改進

趙繼紅

〔關鍵詞〕 物理實驗;斷電自感;改進

〔中圖分類號〕 G633.7〔文獻標識碼〕 C

〔文章編號〕 1004—0463(2009)12(B)—0059—01

一、高中《物理》第二冊教材中“斷電自感”演示實驗存在的問題

連接圖1所示的實驗電路,閉合電鍵S,待燈泡D正常發光后,斷開電鍵S,在斷開的瞬間,將觀察到燈泡D猛一亮,隨即熄滅,幾乎看不到“過一會兒熄滅”的現象,延時效果很差.

另外,這個演示實驗也不能顯示斷開電鍵后,流過線圈L和燈泡D的電流方向.

二、“斷電自感”演示實驗的改進設計

1.需要配備的器材

J1201型低壓電源、J2425型變壓器原理說明器、發光二極管(綠色效果較好)、電鍵、導線若干.

2.實驗電路及器材使用的有關說明

實驗電路如圖2.低壓電源輸出的電壓為4V或2V(沒有低壓電源也可用兩節電池串聯代替);L用J2425型變壓器原理說明器的1600匝紅色線圈代替,并把它套在閉合鐵心上;D為發光二極管;電鍵S用閘刀開關較好.

3.實驗步驟

⑴簡述二極管的單向導電性,并用低壓電源直流輸出2~4伏檔與二極管串聯,分正向和反向兩次通電證實二極管的單向導電性.

⑵按器材要求連好電路.

⑶閉合電鍵S,二極管不發光,表示二極管處在反向截止狀態.

⑷斷開電鍵,讓學生注意觀察斷開電鍵的瞬間發光二極管出現的現象.

4.實驗現象

斷開電鍵的瞬間,二極管突然發光,且由亮變暗,有明顯的延時性.

5.實驗結論

⑴電鍵斷開的瞬間,線圈所在的電路中發生了自感現象,線圈上產生了自感電動勢,線圈和二極管所在的回路中有自感電流.

⑵結合如圖3所示的電路分析,可知斷開電鍵后,線圈中的電流方向仍與斷開前相同,且與二極管D構成閉合回路.

⑶電鍵斷開的瞬間,線圈上產生的自感電動勢阻礙了原電流的變化,延長了電流減小的時間.

⑷電鍵斷開前后,二極管與線圈兩端的電勢高低關系都發生了變化,如圖3所示,斷開前,UaUb.斷開電鍵后,自感線圈相當于電源.

6.實驗注意事項

⑴不能用低壓電源開關代替電路電鍵,否則由于電源內電路的影響會觀察不到自感現象.

⑵發光二極管在電路中連接時,極性要接正確.若接反,實驗過程中的二極管可能被過高的自感電勢反向擊穿.

⑶斷開電鍵時,動作要迅速.

7.與教材中的實驗效果相比較

⑴發光二極管在電鍵閉合時不發光,電鍵斷開后突然發光,可以更形象、更直觀地說明自感現象的發生.

⑵實驗現象結合電路分析,突出自感電流的延時性和方向性,能使學生更加容易地理解自感電動勢的作用.