王理想

（新疆師范大學附屬中學，新疆 烏魯木齊 830054）

“互感和自感”教學中采用如圖1和圖2所示的電路圖教具，演示通電自感和斷電自感實驗.

圖1

圖2

優(yōu)點：（1）圖1電路做通電自感實驗，小燈泡A1相對小燈泡A2發(fā)光延時現象比較明顯.

（2）圖2電路做斷電自感實驗，小燈泡A相對之前發(fā)光突然變亮再熄滅現象明顯.

缺點：（1）演示通電自感、斷電自感分別在兩個不同的電路中進行，如果用圖1電路做斷電自感實驗，眼睛觀察不到實驗現象，容易帶給學生概念理解、規(guī)律探究導向性錯誤.

（2）電路中不能直觀地觀察到自感電動勢產生感應電流的方向.

經過實踐，在圖1電路中置入發(fā)光二極管，即可彌補以上的缺點且制作簡單.介紹如下.

1 工作原理

圖3

發(fā)光二極管 （簡稱LED）是一種能發(fā)光的半導體電子元件.LED與沒有極性的白熾燈不同，當接上正向電壓，在正向電流流過時才能發(fā)光，所需工作電流很小（有的僅10－1mA級即可發(fā)光）.若接上反向電壓，電流會更細?。é藺級），并且不發(fā)光.小電燈泡的工作原理是電流通過燈絲（鎢絲，熔點達3000℃以上）時產生熱量，螺旋狀的燈絲不斷將熱量聚集，使得燈絲的溫度達2000℃以上，燈絲在處于白熾狀態(tài)時，就像燒紅了的鐵能發(fā)光一樣而發(fā)出光來.燈絲的溫度越高，發(fā)出的光就越亮，故稱之為白熾燈，所需發(fā)光電流大約102mA.從響應時間來看，小燈泡的響應時間為ms級，LED燈的響應時間為ns級.可通過圖5實物直觀地給學生演示：調節(jié)電位器阻值增大，當小燈泡A2幾乎不亮，二極管依舊亮光（如圖3）.

如果用圖1電路做斷電自感實驗，從能量角度分析，儲存在線圈L中的磁場能在S斷開瞬間立即轉化為電能釋放，并按一定的比例分給A1、A2、R和本身，A1上獲得能量不足以使其亮度明顯變化或延遲發(fā)光，故人眼觀察不到實驗現象.

如果在圖1電路中用發(fā)光二極管代替小燈泡，在通電自感中，發(fā)光延時效果不足以使人眼產生視覺差異.所以在圖1電路中置入發(fā)光二極管.所以自感現象演示的工作原理電路圖和實物圖如圖4，圖5.

圖4

圖5

2 制作材料與方法

塑料泡沫板一塊（不用的宣傳標語底板）、電位器2只、小燈泡座2個、小燈泡2只、電感線圈1個、開關1個、發(fā)光二極管50個，干電池5～6節(jié)、導線若干.先在塑料泡沫板表面粘上一層白紙，按圖4在白紙上畫好電路，仔細固定發(fā)光二極管，再將元件安裝連接好（如圖5）.

3 實驗步驟及圖示

（1）通電自感.閉合開關S，調節(jié)電位器，使兩小燈泡A1、A2正常發(fā)光，亮度大致相同，支路D2、D4發(fā)光二極管發(fā)光顯示出電流方向（如圖6）.斷開開關S，再閉合開關S瞬間，即可觀察到小燈泡A1相對小燈泡A2發(fā)光延時現象，同時支路D2、D4發(fā)光二極管發(fā)光顯示出電流方向.可知電流瞬間增大使電感線圈L中產生了左正右負的自感電動勢阻礙電流流過小燈泡A1.

圖6

圖7

（2）斷電自感.斷開開關S瞬間，小燈泡 A1、A2、D2、D4熄滅，眼睛觀察到支路D3發(fā)光二極管閃亮一下同時顯示出電流方向（如圖7是錄制的視頻中以正常播放速度的播放，顯示的 D、A、A、D都在發(fā)2123光）.可知電流瞬間減小使電感線圈L中產生了左負右正的自感電動勢流過支路D3發(fā)光二極管并使其閃亮一下.

4 改進裝置優(yōu)點

（1）實驗教具制作簡單，取材方便.

（2）把通電、斷電自感實驗融為一體，實驗現象明顯，這樣學生觀察到的現象、親身經歷的活動就多，對物理概念理解、規(guī)律的探究也相對容易一些.

（3）如果實驗現象不明顯，可現場錄制視頻，并以正常播放速度的播放，實驗現象非常明顯.

1 黃春如.如何在“通電自感”實驗中觀察到“斷電自感”現象［J］.物理教師，2012（1）.

2 李俊麗.自感現象實驗的改進與制作［J］.物理通報，2009（4）.