自感現象實驗的改進

景文波

(大城縣第一中學 河北 廊坊 065900)

1 引言

文獻[1]指出：現行高中教材中設計的分別演示通、斷電自感現象的兩個實驗(如圖1、 圖2所示)，最大缺點在于把通電自感和斷電自感兩種現象割裂開來.且兩實驗分開做浪費時間，也不易解釋斷電自感實驗中接通瞬間燈泡的突然閃亮.因此完全可以用斷電自感實驗裝置同時觀察通、斷電自感現象;既省時省力，效果又好.此設計尊重事實，充分挖掘和利用了實驗現象，效果頗好.

圖1 圖2

筆者認為原斷電自感實驗電路可再進一步改進，效果會更好.而且原通電自感實驗電路也可進一步改進加以利用，同樣也能既演示通電自感又能演示斷電自感.自感是一種特殊的電磁感應現象，遵循楞次定律和法拉第電磁感應定律.通、斷電自感現象都是相伴發生的;通之后必然要斷，斷之前必要先通.所以演示通電自感現象在斷開時必然存在斷電自感，演示斷電自感現象在通電時也有通電自感.只是由于器材諸多性能所限沒有宏觀表現出來.既然理論上存在這種現象，與其給學生完美的解釋，為什么不把它變成可以觀察到的現象讓學生真切地去體驗呢？為此，筆者對實驗電路做了設計改進，器材重新選配，以期達到完美的演示效果.

2 實驗改進

2.1 設計方案一：用“通電自感”電路演示通、斷電自感現象

圖3

如圖3所示 ,該設計保持原有圖1電路模式，A1用一組LED發光二極管D1(發光二極管具有單向導電性，且電阻大，發光所需電流小等特性，正好符合本電路要求)取代，A2用另外兩組LED發光二極管D2,D3反向并接在一起取代，其中D1,D2同向正向導通.

器材選配：LED發光二極管組D1，D2用相同顏色的10～15個發光二極管并接在一起,可以做成箭頭形狀以表示電流方向，D1,D2電流指向相同，D3用另一種顏色的10～15個發光二極管并接在一起,也做成箭頭形狀與D1,D2電流指向相反.L用自感系數大、直流電阻約10～20 Ω的線圈(可用功放輸出變壓器或大一點的電源變壓器副線圈)，R,R1用0～50 Ω電位器，電源用4節一號電池.

2.2 設計方案二：用“斷電自感”電路演示通、斷電自感現象

圖4

如圖4所示,也保持原有圖2電路模式，用兩組不同顏色的LED發光二極管D1,D2反向并接在一起取代小燈泡，也都做成箭頭形狀用來指示電流方向.線圈、電源與設計方案一配置相同,可以共用，上述兩實驗設計可安裝在一塊演示板的正、反面.

3 演示效果

3.1 用設計方案一演示通、斷電自感現象

(1)首先閉合圖3中開關S，調節R，R1使LED發光二極管D1，D2達到相同的合適亮度，斷開S.

(2)再次閉合S，發現D1滯后于D2正常發光，說明L有通電自感.

(3)斷開S，發現D2立即熄滅，而D1，D3稍后同時熄滅，說明L斷電時也有自感電動勢產生，并且在回路L-D1-D3-R-L中形成D3指向的電流，注意觀察感應電流的方向，D2中不再有電流.

3.2 用設計方案二演示通、斷電自感現象

(1)閉合圖4中開關S，D2不亮，D1先閃亮一下然后明顯變暗，說明電流方向沿D1指向，D2不導通,D1導通.L在接通瞬間由于通電自感產生的感應電動勢阻礙了L中電流的變化，導致L，D1兩端的電壓先大后小，流過D1的電流先大后小，說明通電時存在自感.

(2)斷開開關S，發現D1慢慢熄滅,D2閃亮一下，說明L有斷電自感，并且斷電時在回路L-D2-L中產生了D2指向的感應電流.

重新設計的兩實驗裝置不僅能在同一電路中演示通、斷電自感現象，而且能直接觀察感應電流的方向，色彩、閃亮效果都非常好，有助于學生全面地認識自感現象.以往的實驗裝置從未能如此全面地體現自感現象.在教學過程中可選擇使用,也可共同使用兩實驗裝置.

參考文獻

1 蔡志東, 潘才連.用斷電自感實驗裝置同時觀察通電和斷電自感現象.物理通報, 2010(6)：50