談“千人震”自感現象實驗

鄧宗茂 趙志剛

(沙縣金沙高級中學 福建 三明 365500)

在我市的一次物理教學觀摩活動中，有一位教師上普通高中課程標準實驗教科書(魯科版)《物理·選修3-2》第二章第二節“自感”時，為了創設教學情境，做了一個千人震自感現象演示實驗，實驗電路如圖1所示.

圖1

即

兩邊積分得

從而

代入初始條件

得C2=I0.故

(1)

自感電動勢

(2)

電感線圈上的電壓降為IRL=E，加在兩個牽手學生身上的總電壓為40E，加在每個學生身上的電壓為20E.而3人實驗時，電動勢的峰值為

圖2

從能量的觀點來看，也是很顯然的.開關S斷開時，電池與人體已經脫離，導致學生觸電所需的能量由自感線圈L中磁場的能量轉化而來，即

這表明，在增加牽手人數時，由于線圈中儲存的磁場能量沒有變化，人均觸電能量就會減少，所以，學生的觸電感覺變弱.若要增強學生的觸電感覺，可以通過減小線圈的電阻RL，或者增大線圈的自感系數L來提高磁場能量，由式

可知，L加倍會導致磁場能量加倍，而RL減半會使磁場能量增加到原來的4倍，即要達到提高磁場能量增強觸電感覺的目的，減小RL比增大L更有效.

順著以上思路，對自感現象實驗電路進行探究，教材中通電自感現象是用圖3演示的.從理論上說用此圖演示斷電自感現象也是可行的，該電路在斷開開關S的瞬間產生的自感電動勢的最大值為

因RL1的存在使磁場能大大減小，同時使馳豫時間

減小，而沒有足夠能量和通電時間使燈L2發生閃亮現象.現行教材中往往用圖4所示電路演示斷電時燈L的閃亮現象，因為圖4中L線圈支路不存在RL1而導致線圈中儲存的磁場能量顯著增大，馳豫時間也增大，使斷電時產生閃亮的實驗現象更加明顯.

圖3圖4

1 廖伯琴.物理·選修3-2.濟南:山東科技出版社,2007