“互感”與“自感”兩個演示實驗的設計

阮傳志??

“互感”和“自感”現象概念相對比較抽象，盡管它們在電工技術和電子技術中有廣泛的應用，但學生對相關知識的了解卻很有限，對教材（人教版高中物理選修3-2）中提到的一些應用實例如“收音機”、“自感電動勢燒蝕開關”等知識知之甚少，為了加強學生的感性認識，將抽象的概念具體化，體現從“從生活走向物理，從物理走向生活”的教學理念，筆者設計了兩個課堂演示實驗，它們操作簡單，現象明顯，說理清楚，趣味性強，對課堂教學能起到很好的輔助作用，茲介紹如下.

演示實驗 一：“互感”現象的應用——制作簡單的收音機

為了介紹“互感”現象的應用，教材例舉了“收音機”的例子，如圖1所示為教材的插圖，很明顯這個例子及其所配的插圖存在以下不足：首先是插圖的可視性差，學生難以抓住觀察重點；再者是“收音機”這種電子產品，遠離學生生活，學生知道有這個東西，但使用少，相對陌生；還有就是即便手邊有收音機，有打開看看的好奇心和“研究能力”的“熊孩子”越來越少，這一不足，可以通過設計、制作、使用如下的演示實驗來彌補.

【器材】：大線圈一個（500～1000匝）；小線圈一個（約100匝）；軟鐵棒一根（粗細能插入小線圈）；有源音箱（帶原配信號線一根）一個；導線四根.

【制作】：1.將有源音箱的信號線在中間位置裁成兩段，取前半段，在剪裁端剖出兩根芯線，分別與小線圈的兩接線柱相接（使小線圈能連接耳機插孔）.

2.將有源音箱的信號線裁下的后半段，在剪裁端剖出兩根芯線，分別接大線圈的兩接線柱（即大線圈與音箱組成一個回路）.

3.組裝、連接如圖2所示.

【操作】1.將電腦（或MP3、手機等）放出音樂；

2.將信號線插頭插入電腦（或MP3等）的耳機接口（即將小線圈接聲源）.

3.將大線圈（通過后半段信號線）接入有源音箱的音頻接口，并打開音箱電源；

4.并將小線圈插入大線圈中，音箱開始播放電腦（或MP3、手機等）音樂，這就是個簡單的收音機.

5.調節音量旋鈕，將音量調到合適.

【闡釋的問題】：一個線圈的電流變化時，它所產生的變化磁場會在另一個線圈中產生感應電動勢.利用“互感”現象，可以將能量傳遞到另一個線圈，因此在電工技術和電子技術中有廣泛的應用.

演示實驗二：“自感”現象的危害——斷開開關

電火花點燃小火炬：為介紹“自感”現象的危害，教材例舉了“自感電動勢燒蝕開關”的例子，如圖3所示為教材的插圖，顯然它也有明顯的不足之處：一是真實實驗有困難（不少學校的實驗室不具備實驗條件，高級中學很少有學校配備工程技術類實驗器材.），二是實際的實驗操作有一定危險性，所以模擬實驗是最理想的解決之策.

【器材】：線圈一個（約1000匝），導線6根，開關一個，小燈泡（額定電壓2.5 V）一個，電池盒一個，干電池4～6節，鑷子一把，脫脂棉少許，打火機油少許.

【制作】：1.如圖4所示，將線圈、小燈泡、開關串聯.

2.將電源接入電路.

【操作】：1.閉合開關，小燈泡發光，顯示電路完好.

2.手持線圈與小燈泡間的導線，松動導線與線圈的接線柱，做連續通斷的動作，模擬開關通斷，觀察接線柱處有電火花放出.

3.用攝子取少量脫脂棉，滴上少許打火機油，做成小火炬，靠近連續通斷的接線柱處.

4.重復操作步驟2，電火花將小火炬點燃.

【闡釋的問題】：

1.在變壓器、電動機等設備中有匝數很多的線圈，當電路開關斷開時會產生很大的自感電動勢，使得開關中的金屬片之間產生電火花，燒蝕接觸點，甚至引起人身傷害.

2.提醒學生在易燃易爆的環境的環境中，正確用電，合理避險，如遇室內燃氣泄漏，應立即打開門窗通風，迅速離開現場，切勿動任何電器開關！

以上兩個演示實驗，都是根據相關知識，針對教學內容設計，可以彌補教材不足，活躍課堂氣氛，引起學生學習興趣，效果震憾，體驗真切，說理清楚，激發探究精神，感悟實驗真諦.當然，如果能將其設計成學生實驗，讓學生動腦、動手，教學效果可能會更好一些.