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        利用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)改進(jìn)高中物理自感演示實(shí)驗(yàn)

        2017-05-30 10:48:04徐逸舟周學(xué)新
        科技尚品 2017年4期

        徐逸舟 周學(xué)新

        摘 要:本文利用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),對(duì)高中物理中自感現(xiàn)象進(jìn)行了研究,改進(jìn)了原教材中自感實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法,得到了較為理想的自感圖像,提高了原實(shí)驗(yàn)的精度和趣味性。

        關(guān)鍵詞:DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng);自感現(xiàn)象;自感實(shí)驗(yàn)圖像

        1 前言

        高中物理教材中,自感現(xiàn)象是按照下圖1來(lái)進(jìn)行演示的。

        這個(gè)實(shí)驗(yàn)雖有易于演示,對(duì)比明顯的優(yōu)點(diǎn),然而也存在如下缺點(diǎn):

        (1)實(shí)驗(yàn)觀察時(shí)間太短,憑感官容易產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)?!皵嚅_(kāi)電路,此時(shí)可以看到燈A1要過(guò)一會(huì)兒才熄滅”,如果教師不提醒學(xué)生專(zhuān)注觀察兩燈泡亮度變化,學(xué)生很容易錯(cuò)過(guò)觀察。

        (2)不能顯示自感電動(dòng)勢(shì)(或感應(yīng)電流)的方向,也不能直觀顯示自感電動(dòng)勢(shì)(或感應(yīng)電流)的大小。了解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生方向和變化規(guī)律對(duì)于解決如整流器產(chǎn)生瞬間高電壓等實(shí)際問(wèn)題有很大的幫助。所以學(xué)生有必要更詳細(xì)直觀的了解自感現(xiàn)象產(chǎn)生過(guò)程中感應(yīng)電流方向和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的規(guī)律,即實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)。

        2 利用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)高中物理自感演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

        2.1 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置

        為了得到更好的實(shí)驗(yàn)圖像,改變實(shí)驗(yàn)原理如下圖2。

        采用兩只完全相同的電阻R1、R2,通過(guò)R1、R2電流的變化與R1、R2兩端電壓U1、U2的變化成正比,作出“電壓-時(shí)間”圖象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)實(shí)物電路連接如圖3所示。

        2.2 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)步驟

        (1)將學(xué)生電源的正負(fù)極分別接到“朗威DISLab”自感現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)板的電源輸入端,將學(xué)生電源電壓調(diào)節(jié)到6V。將兩個(gè)“朗威DISLab”電壓傳感器的正負(fù)極分別接到“朗威DISLab”自感現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)板的R1和R2兩端。

        (2)檢查所有線路連接是否正確,確認(rèn)無(wú)誤后打開(kāi)學(xué)生電源和“朗威DISLab”數(shù)據(jù)采集器的電源。

        (3)打開(kāi)電腦桌面上“朗威DISLab”的通用擴(kuò)展軟件,看看是否接收到了兩個(gè)“朗威DISLab”電壓傳感器的電壓信號(hào)。

        (4)進(jìn)入繪圖模式,添加兩條函數(shù)關(guān)系,第一個(gè)是R1所在的“朗威DISLab”電壓傳感器和時(shí)間t的關(guān)系圖,用紅色表示;第二個(gè)是R2所在的“朗威DISLab”電壓傳感器和時(shí)間t的關(guān)系圖,用籃色表示。

        最后試著斷開(kāi)和閉合開(kāi)關(guān)K,觀察圖像,調(diào)節(jié)x和y軸的量程,使效果圖最明顯。

        2.3 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及數(shù)據(jù)分析

        2.3.1 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

        按照上述操作步驟,先閉合開(kāi)關(guān)K,然后再斷開(kāi),接著按停止鍵。重復(fù)多次,取現(xiàn)象最明顯的圖像。得到圖4、圖5兩幅圖象

        2.3.2 數(shù)據(jù)分析

        (1)閉合電路瞬間,R1兩端電壓瞬間達(dá)到最大值,而R2兩端電壓逐漸增大至最大值,兩個(gè)最大值相同。符合實(shí)驗(yàn)預(yù)期。

        (2)斷開(kāi)電路瞬間,R1兩端電壓由正值變成負(fù)值,且其最大值的絕對(duì)值比原來(lái)小。如圖5電路中電流減小,穿過(guò)線圈的磁通量也減小,電路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻礙線圈電流的減小,通過(guò)R1的電流與原電流反向,R1兩端電壓由正值變成負(fù)值。

        (3)R1、R2處于串聯(lián)狀態(tài),而它們的電阻相等,所以R1、R2兩端電壓相等,電壓圖象中圖形的對(duì)稱(chēng)。

        (4)斷開(kāi)電路以后,R1兩端電壓,R2兩端電壓從數(shù)值上均逐漸減小至零。

        2.3.3 改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

        與原實(shí)驗(yàn)比較有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):

        (1)DIS實(shí)驗(yàn)較好的展示了在電路閉合和斷開(kāi)的瞬間自感現(xiàn)象所造成的電學(xué)量變化的具體過(guò)程。

        (2)實(shí)驗(yàn)的觀察無(wú)須收到受到觀察者主觀因素的限制,實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象具有可記錄性。

        (3)能較直觀地顯示感應(yīng)電流、感應(yīng)電壓的大小和方向。這是采用書(shū)本實(shí)驗(yàn)方法無(wú)法體現(xiàn)的。

        3 結(jié)語(yǔ)

        利用“朗威DISLab”的自感現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)板、電壓傳感器等傳感器對(duì)自感現(xiàn)象進(jìn)行定量研究,改變了教材單一定性實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn),為學(xué)生進(jìn)一步深入研究電磁現(xiàn)象提供了前所未有的工具和條件。這也給一線教師提出了變革研究工具的要求。

        參考文獻(xiàn)

        [1]韓海波.利用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)改進(jìn)自感演示實(shí)驗(yàn)[J].物理通報(bào),2011,40(10):66-67.

        [2]呼格吉樂(lè).改進(jìn)DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中彈簧振子的振動(dòng)圖像實(shí)驗(yàn)[J].物理實(shí)驗(yàn),2010,(5):25-26.

        (作者單位:浙江省長(zhǎng)興中學(xué))

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