对“断电自感”演示实验的改进

赵继红

〔关键词〕 物理实验;断电自感;改进

〔中图分类号〕 G633.7〔文献标识码〕 C

〔文章编号〕 1004—0463(2009)12(B)—0059—01

一、高中《物理》第二册教材中“断电自感”演示实验存在的问题

连接图1所示的实验电路,闭合电键S,待灯泡D正常发光后,断开电键S,在断开的瞬间,将观察到灯泡D猛一亮,随即熄灭,几乎看不到“过一会儿熄灭”的现象,延时效果很差.

另外,这个演示实验也不能显示断开电键后,流过线圈L和灯泡D的电流方向.

二、“断电自感”演示实验的改进设计

1.需要配备的器材

J1201型低压电源、J2425型变压器原理说明器、发光二极管(绿色效果较好)、电键、导线若干.

2.实验电路及器材使用的有关说明

实验电路如图2.低压电源输出的电压为4V或2V(没有低压电源也可用两节电池串联代替);L用J2425型变压器原理说明器的1600匝红色线圈代替,并把它套在闭合铁心上;D为发光二极管;电键S用闸刀开关较好.

3.实验步骤

⑴简述二极管的单向导电性,并用低压电源直流输出2~4伏档与二极管串联,分正向和反向两次通电证实二极管的单向导电性.

⑵按器材要求连好电路.

⑶闭合电键S,二极管不发光,表示二极管处在反向截止状态.

⑷断开电键,让学生注意观察断开电键的瞬间发光二极管出现的现象.

4.实验现象

断开电键的瞬间,二极管突然发光,且由亮变暗,有明显的延时性.

5.实验结论

⑴电键断开的瞬间,线圈所在的电路中发生了自感现象,线圈上产生了自感电动势,线圈和二极管所在的回路中有自感电流.

⑵结合如图3所示的电路分析,可知断开电键后,线圈中的电流方向仍与断开前相同,且与二极管D构成闭合回路.

⑶电键断开的瞬间,线圈上产生的自感电动势阻碍了原电流的变化,延长了电流减小的时间.

⑷电键断开前后,二极管与线圈两端的电势高低关系都发生了变化,如图3所示,断开前,UaUb.断开电键后,自感线圈相当于电源.

6.实验注意事项

⑴不能用低压电源开关代替电路电键,否则由于电源内电路的影响会观察不到自感现象.

⑵发光二极管在电路中连接时,极性要接正确.若接反,实验过程中的二极管可能被过高的自感电势反向击穿.

⑶断开电键时,动作要迅速.

7.与教材中的实验效果相比较

⑴发光二极管在电键闭合时不发光,电键断开后突然发光,可以更形象、更直观地说明自感现象的发生.

⑵实验现象结合电路分析,突出自感电流的延时性和方向性,能使学生更加容易地理解自感电动势的作用.