謝志剛 劉新發(fā)

(長沙麓山國際實驗學(xué)校 湖南 長沙 413000)

兩個線圈中并沒有導(dǎo)線相連，但當(dāng)一線圈中的電流發(fā)生變化時，它所產(chǎn)生的變化的磁場會在另一個線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢.這種現(xiàn)象叫做互感.互感現(xiàn)象是一種常見的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，在生產(chǎn)、生活及實驗教學(xué)等方面有許多應(yīng)用.它不僅發(fā)生于繞在同一鐵芯上的兩個線圈之間，而且也可以發(fā)生于任何兩個相互靠近的電路之間[1].

本實驗裝置利用互感線圈將能量或信號從一個線圈傳遞給另一個線圈、將一電路中的音頻電信號通過兩個線圈的互感作用而傳遞到另一電路中去.實驗器材就地取材，為學(xué)生所熟悉的耳機線、教師上課用的擴音器、線圈等.通過實驗演示，聲音保真度高，學(xué)生感受到了互感現(xiàn)象的神秘，教師再結(jié)合互感原理對電磁感應(yīng)現(xiàn)象進(jìn)行層層釋疑，牢牢地吸引了學(xué)生們的課堂注意力，教學(xué)效果非常不錯.

1 材料準(zhǔn)備與制作過程

1.1 材料準(zhǔn)備

耳機線2根，手機，教師上課用的擴音器1個，線圈2個.

1.2 制作過程

(1)制作互感初級線圈和信號數(shù)據(jù)線.

如圖1所示，選用匝數(shù)較少的線圈(大約100匝)作為初級線圈.將耳機線耳塞端剪斷，抽出兩金屬線，再將金屬線分別接在線圈上的兩接線柱上，此處接線不分正負(fù)極.此處數(shù)據(jù)線接口與手機相連.

圖1 制作初級線圈

(2)制作互感次級線圈和信號數(shù)據(jù)線

如圖2所示，選用匝數(shù)較多的線圈(大約600匝)作為次級線圈，數(shù)據(jù)線的制作與上面一致.此處數(shù)據(jù)線接口與教師上課用的擴音器相連.

圖2 制作次級線圈

2 實驗演示

2.1 演示互感現(xiàn)象

先用手機播放音樂，并讓學(xué)生觀察到聲音是從手機里發(fā)出來的.再把初級線圈(大約100匝)數(shù)據(jù)線接口插入手機耳塞端接口，把次級線圈(大約600匝)端數(shù)據(jù)線接口插入到教師用的擴音器上.此時手機中的聲音消失，擴音器中的音樂響了起來.

2.2 影響擴音器聲音大小的因素

(1)如圖3所示，改變線圈匝數(shù)聲音會發(fā)生大小變化，當(dāng)次級線圈匝數(shù)由大約600匝調(diào)為800匝時，擴音器中的聲音變大.

圖3 增加次級線圈匝數(shù)

(2)如圖4所示，當(dāng)把初級線圈向次級線圈靠攏時，擴音器中的聲音變大.

圖4 初級線圈靠近次級線圈

(3)如圖5所示，在初級或次級線圈中插入鐵芯時，擴音器中的聲音變大.

圖5 線圈中插入鐵芯

3 原理及實驗現(xiàn)象分析

當(dāng)兩個線圈的電流可以互相提供磁通時，兩個線圈之間就存在互感耦合.一個回路的電流產(chǎn)生一個磁場，而該磁場會影響第二個回路.兩個回路相互作用耦合的強弱用互感系數(shù)表征.互感系數(shù)與自感系數(shù)有相同的單位，與自感系數(shù)類似，互感系數(shù)的大小取決于兩個線圈的幾何形狀，大小，相對位置，各自的匝數(shù)以及它們周圍介質(zhì)的磁導(dǎo)率[2].

當(dāng)手機播放音樂時，把初級線圈端的數(shù)據(jù)線接入手機耳機接口，初級線圈中就有了隨聲音變化的電流，次級線圈會感應(yīng)出變化的電流，從而產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象.連接次級線圈的數(shù)據(jù)線將電信號輸送到擴音器，擴音器將電信號轉(zhuǎn)化成了聲音.實驗過程中，當(dāng)增加次級線圈匝數(shù)、將兩線圈靠近、在線圈中加入鐵芯后會發(fā)現(xiàn)聲音響度變大，是因為互感系數(shù)變大了.