王修權

(甘肅省永昌縣第一高級中學，甘肅 金昌 737200)

自感現象是一種特殊的電磁感應現象,是由于流過導體本身電流的變化而產生的電磁感應現象。在自感現象的教學中實驗顯得尤為重要，圖1是實驗室常用的一種自感演示儀,該儀器的優(yōu)點是演示通電自感現象明顯,但缺點是演示斷電自感現象不明顯。為克服這一缺點,課題組成員利用鎮(zhèn)流器、二極管等元件自制了低成本斷電自感演示儀,實驗教學效果良好。

圖1

1 制作材料

干電池、鎮(zhèn)流器、有極性發(fā)光二極管(3只)、無極性發(fā)光二極管(2只)、滑動變阻器、開關、導線若干。

2 制作過程

根據實驗要求設計出如圖2所示的電路,其中D是電源指示燈，D1、D2是有極性發(fā)光二極管,D3、D4是兩個相同規(guī)格的無極性發(fā)光二極管，根據電路圖連接相應的實物電路。

圖2

3 演示實驗

3.1 演示“千人震”

“千人震”是自感現象教學中有趣的演示實驗,演示步驟如下：

(1)讓學生回憶人體的安全電壓,明確將3V的電源接到人體是安全的,不會有觸電感的。

(2)斷開開關K2、K3,讓學生手拉著手接入電路中,接通開關,引導學生觀察電源指示燈的亮滅情況。

(3)斷開開關K1,學生會在觀察到電源指示燈滅了的瞬間,有比較強的觸電感。

教師通過演示實驗引發(fā)了學生的認知沖突,提出問題：電源斷開了,電從何而來呢？激發(fā)了學生的學習興趣。

圖3

3.2 演示斷電自感中小燈泡是否“閃亮”一下再熄滅

本自制教具中用無極性發(fā)光二極管代替了實驗室常用儀器中的小燈泡,使得斷電自感中的一個特殊現象——閃亮一下再熄滅的實驗現象很明顯，主要操作步驟如下：

(1)閉合開關K1、K3,斷開開關K2,提醒學生觀察：當斷開開關K1的瞬間,D3會不會突然閃亮一下再熄滅。

(2)閉合開關K1、K3后,D3、D4發(fā)光,調節(jié)滑動變阻器,使得D3的亮度很暗，同時將D4短路,在斷開開關K1的瞬間,D3會突然閃亮一下再熄滅。

3.3 探究感應電流的方向

如圖4所示,利用二極管的單向導電性，可說明感應電流的存在，并驗證感應電流的方向,操作步驟如下：

圖4

(1)閉合開關K1、K2,斷開開關K3,提醒學生觀察：當斷開開關K1的瞬間,D2會不會閃亮一下。

(2)閉合開關K1、K2后,根據電源電動勢的方向,D1導通、發(fā)光。

(3)斷開開關K1的瞬間,D2閃亮一下。究其原因是由于線圈中電流減小，產生了自感電動勢，此時線圈相當于電源,與D2構成回路，感應電流使D2閃亮了一下。

4 實驗創(chuàng)新點

(1)低成本是該器材最大的創(chuàng)新點，該器材的主要元件是廢舊日光燈中的鎮(zhèn)流器,很容易找到。

(2)實驗現象明顯、易操作，用無極性發(fā)光二極管代替小燈泡,使得實驗現象非常明顯。

(3)更換、維修方便，本教具中發(fā)光二極管采用插孔式接線方式,因此,更換發(fā)光二極管非常方便。

5 注意事項

(1)用2節(jié)1.5V干電池做電源，由于二極管的正向導通電壓較小(2V左右),為此,根據電路需要,該儀器的電源電壓應控制在3V以內。

(2)妥善保管,防止損壞電路：本教具中含有二極管及許多外部電路,演示結束后,應將其裝入盒中,防止損壞電路。