斷電自感教具改進與制作

謝博麗

摘 要：為提高斷電自感實驗“閃亮一下后再熄滅”現象的清晰度、可見度、可信度，對實驗改進，改進實驗電路，增加等效對比;改變光路，增加承接閃光的屏幕;使實驗效果明顯提高。

關鍵詞：燈泡閃亮;實驗改進;物理

自感在高中物理教學中即是重點又是難點。做好斷電自感演示實驗是幫助學生突破這一難點的關鍵，但在教學演示中，學生通常自己不能發現燈泡“閃亮一下再熄滅”的現象，需要經教師提示后且反復觀察才能勉強接受。這與核心素養要求相悖。為此，需要找到一組最佳匹配儀器使燈泡“閃亮一下后再熄滅”的現象更清晰、更有說服力、可見度更高，提升教學效果。

一、閃亮現象難于觀察到的原因

現有斷電自感演示實驗電路如圖1所示，當開關閉合電路穩定后，讓學生觀察開關斷開時，燈A的熄滅情況。

學生通常情況下看不到、得不出燈A的“閃亮一下再熄滅”的現象。分析原因有三：（1）由于本實驗的特點自感電流持續時間短、閃亮時間短，導致學生難以分辨;（2）現有儀器中燈泡的閃光是處于空曠的空氣背景中，眼睛觀察空中光點的閃亮，是很難分辨出是否更亮了一下的，這是眼睛的識別能力所限，（3）因為沒有標準的“直接熄滅”的燈來做對比，即便是燈A熄滅時閃亮了一下，學生還是認為燈是直接熄滅的，沒有對比，學生感覺不到微小差異。

二、改進措施

1.從根源上強化閃亮一下再滅的現象

采用自感系數大且磁路閉合的線圈增大自感電動勢持續時間，以延長燈泡熄滅的時間;同時采用小電阻線圈，增大線圈中原有電流值，來增大自感電流，加強閃亮強度。

2.從觀察方法上增加眼睛的分辨能力

改變原來直接觀察空中點光的閃亮，利用凹面鏡把燈泡的點光會聚反射成平行光打在白屏上，會看到白屏上光源的閃亮清晰可辨。光路如圖4。

3.從視角對比上使閃亮現象更可信

增加直接熄滅的對比燈襯托所要觀察的“閃亮一下再熄滅”的觀察燈，用雙刀開關同時控制兩燈與電源的通斷，并確保斷開電源時，對比燈與線圈斷開連接。電路如圖2示。

三、教具制作

器材：“12V8W”燈兩盞，直徑為10 cm手電筒反光碗兩個，白屏或白墻。線徑為1.0 mm，線圈內孔截面積為38×38 mm2，線圈長為49.90 mm，匝數為400匝的線圈一個，且鐵芯閉合。單刀小開關一個，雙刀開關一個;學生電源一臺，導線若干，帶底座木板一個，大白紙一張，長導線兩根，螺絲螺母若干。

制作：（1）在木板的正面貼白紙一張，白紙上畫出電路圖如圖2;（2）把單刀和雙刀開關分別用螺絲固定在木支架上并在相應位置打出穿線孔;（3）兩燈分別放入兩個反光碗中并用膠粘牢，光路如圖4，并把反光碗嵌入事先打在木支架的孔上;（4）電路圖中的電源和線圈兩端分別在木板上穿孔，在兩孔中分別設置旋鈕作為自感電動勢輸出端;（5）把磁路閉合的線圈放在支架正面底座上

并用導線連在電路圖中線圈兩端旋鈕上;（6）在木板的背面用導線連接各元件組成回路。

四、實驗過程和效果

教具電路圖和實物圖分別如圖2和3所示;光路圖如圖4

所示。

1.體驗自感電動勢的威力

斷開單刀K1，讓多名學生手拉手連成一排，兩端的學生捏住連在兩旋鈕上的甩出導線，閉合雙刀開關K2，學生無反應，即通電時沒有被電;斷開雙刀開關K2，學生立馬縮手甚至驚叫起來，即斷電時，學生反而被電。這個實驗顛覆了學生的思維，學生情緒立馬高漲起來。

2.演示燈的閃亮現象

閉合單刀開關K1及雙刀開關K2，當電路穩定后，要求學生觀察現象三次：

第一次斷開雙刀開關K2，要求學生觀察“對比燈”的熄滅;再次閉合雙刀開關K2電路穩定后，第二次斷開雙刀開關K2，要求學生觀察“觀察燈”的熄滅;再次閉合雙刀開關K2電路穩定后，第三次斷開雙刀開關K2，要求學生同時觀察兩盞燈的熄滅。

現象：對比燈A2在屏上的光源“直接熄滅”，而觀察燈A1在屏上的光源“中心先更亮一下后再熄滅”。兩個白屏上的光源一個”直接熄滅”，一個“中心更亮了一下再滅”，對比明顯。

總之，本教具另辟蹊徑，從視覺分辨力與視覺對比上對實驗進行了改進。達到了學生自己觀察現象，自己得出結論的教學目的，有助于核心素養的形成。

參考文獻：

[1]戴偉，潘朝軍.探尋“斷電自感”燈泡能否閃亮的條件[J].物理教師，2014（7）：54-55.

[2]云秀.實驗與問題“互為驅動”培養高階思維能力[J].中學物理教學參考，2018（1-2）：13-16.

編輯 馮志強