可拆變壓器在電磁感應教學中的應用

陳勇

可拆變壓器是高中物理教學中常用的實驗器材，利用它可以很好地幫助我們完成變壓器原理，變壓器的電壓與線圈匝數間的關系和遠距離輸電等相關知識的教學。

在高中物理教學中，電磁感應有著相當重要的地位，因此這部分的教學中演示實驗就顯得非常重要且必要。實驗室中針對這部分的教學的實驗器材也非常多，有的是要組合，有的是成套的，在實際教學中我不喜歡用成套的，特別是那種封在一個盒子里只露出幾個部件的套件（自感現象演示器，電磁波的發射與接收之類的），因為這種器材幾乎沒有動手環節，不利于對學生的動手能力和興趣的培養，另外在課堂上教師能動手做演示實驗很容易調動學生的積極性。

在電磁感應的教學中我試著用課本上演示實驗用到的器材進行實驗，但效果并不理想。比如演示課本（魯科版選修3-2下同）P5中的探究2實驗時（如右圖），大部分教師想到的是用條形磁鐵、原副線圈組中的原線圈和J0401演示電表演示這個實驗，但很多時候實驗現象并不理想，原因是條形磁鐵磁性不夠強，原線圈自身電阻大，磁鐵插入原線圈時經常會偏不易插入，電表量程過大偏角過小（J0409量程小偏角大，但體積太小只有近處的學生能看得見，用實物展臺可用它）。有很多教師自己花錢買多個方形強磁鐵串在一起用（實驗室沒有標配強磁鐵），特別是有些教師在上公開課時經常看到，另一些教師就用J0409分組用的G表代替演示用電表J0401做演示實驗，雖然現象是明顯了但只有幾個學生能看到，演示的效果就要大打折扣了。還有的教師干脆不做演示實驗，有的用PPT演示，差點的就講實驗，這些都不是最好的方法。

我在這部分教學中只做了小小的改變，實驗效果出奇得好，方法是用可拆變壓器的0-200-800-1600組線圈中的0-1600兩接線柱代替原來的原線圈，其他不變。由于可拆變壓器的線圈內部是方形的，如果條形磁鐵磁性不強，則有兩種方法解決，一是用充磁機充磁，一根條形磁鐵實驗現象就非常明顯，演示用電表J0401的指針會偏三分之一以上。二是用兩根或三根條形磁鐵并在一起用（單根條形磁鐵磁性不夠時），就能使電表指針滿偏。以上的實驗也可以用于楞次定律（感應電流方向判斷）的教學中。

在自感現象的教學中通電自感和斷電自感是要求做演示實驗的，現在實驗室中有一種自大感現象演示器如下圖，這套儀器在演示通電自感和斷電自感的現象都很明顯，但學生只能看到老師或打開或關閉開關和燈的亮度變化，從燈的亮度變化上來說這套儀器已經很能說明問題了，但我不太贊成用這種成套的儀器，特別是已經封裝好看不到內部結構的儀器。原因有：首先，物理實驗目的是培養學生的動手能力，演示實驗中老師可以教學生怎么做，要注意哪些問題，分組實驗中學生才能敢于動手、大膽嘗試；其次，演示實驗是教師展現自己動手能力很好的平臺。如果做得好，則能很快吸引學生的注意力，提高學生的學習興趣，激發學生的求知欲，同時更能增強學生對教師的認同感，甚至有的學生會因此而崇拜教師，進而愛上物理，這其實是老師與學生心靈交流的很好機會，教學效果自然很好。在實際自感現象教學中由于實驗室中沒有專門為自感配備的線圈，因此有的老師會去找舊的變壓器，有的會去買一個日光燈鎮流器，這兩種方式都不錯，我都用過。用實驗室配備的自感現象演示器J2446。我也用過，但學生最多只能看到老師通電和斷電還有就是燈的變化，沒有了其他動手吸引學生的環節，我用過一次后來再也不用了。后來我發現可拆變壓器的線圈加其鐵芯是做自感現象實驗很好的器材，我就把課本上對應演示通電自感和斷電自感的線圈用可拆變壓器代替，演示效果非常好。方法是在演示課本P29實驗與探究實驗時用可拆變壓器的0-400兩接線柱。電源用學生電源的直流擋，電壓不要太高，以免開關斷開時L1燈燒壞，先調節R0使兩燈亮度接近，再演示斷電自感現象。同理把P30中的實驗探究中的線圈換成可拆變壓器的0-800或0-1600接線柱，如果是0-1600兩接線柱，則R0要用最大阻值為200歐或用電阻箱，而電源電壓也要大一些，在實驗時可以試著加，演示通電自感會發現燈2明顯比燈1 要晚亮。P31的迷你實驗室中一節干電池產生電火花，如果是學生做給自己看可以，但如果老師想在課堂上演示那么也還是得變一下，電源要用學生電源，線圈用可拆變壓器的0-400兩接線柱就能讓大部分學生看到產生電火花的現象。

在接下去的自感系數的教學中，大部分教師好像就只能讓學生記住課本上的結論了，其實上邊幾個實驗都能演示自感系數與橫截面積、線圈匝數和鐵芯的關系，可拆變壓器有橫截面積不同的兩組線圈，一組線圈有3個接線柱另一個有4個接線柱，中間的橫梁可以取掉，在做上邊的通電自感和斷電自感時都可以改變匝數，橫截面積、有無橫梁（把橫梁拿掉）有無鐵芯（把線圈從鐵芯上取下）觀察自感現象從而說明自感系數與之有關，再讓學生記課本的結論效果會更好。

通過這幾個實驗的改變，我認識到，在教學中我們不能一成不變地按課本教學。雖然可拆變壓器是用在變壓器的教學中的教學儀器，能讓學生非常清楚地了解變壓器的結構和原理，也能知道電壓與匝數的關系，但它的原理還是電磁感應，所以我把它用到電磁感應的教學中，效果非常好，因此我們在實驗教學中要多思考多實踐，就能發現更多有趣的、有意義的對教學有幫助的器材和實驗。