断电自感演示实验的改进对自感演示教学的体会

周玉敏

摘要自感现象是由导体自身的电流发生变化而产生的电磁感应现象,是电磁学教学中的难点,学生不易理解。做好演示实验,有利于学生对电磁感应的理解和掌握。笔者在教学中发现,演示实验中的断电自感现象的演示尤为重要,完备的实验设计可以大大刺激学生的感觉器官和思维器官,拓宽想象空间。但现在的教材(选修3-2,人民教育出版社)对断电自感演示实验的设计效果不明显。

关键词自感演示实验自感演示教学体会

中图分类号:G63文献标识码:A

1 教材中的演示方法

将一个小灯泡,自感线圈,电键和6v直流电源连接成如图一所示的电路。当电键S闭合时,小灯泡发光,当电键S断开时,小灯泡瞬时闪亮,然后熄灭,这是因为断开电键S,原电流消失了,但在线圈与小灯泡组成的闭合回路中,却存在着由线圈L产生的自感电动势和自感电流阻碍原电流的减少,只要线圈L的自感系数足够大,直流电阻又很小就能产生较大的自感电流,使小灯泡闪亮。该演示实验存在四个不足之处:①不能显示感应电流的方向,从而不能说明断电时,在线圈上产生了与原电流方向相同的自感电动势。②原电流的热效应与自感电流的热效应混在一起,不能说明断电后小灯泡的闪亮是由自感电动势决定。③假若线圈L的自感系数较小,就不会使小灯泡发出比原电流更强的亮光,自感现象根本不明显。④对学生理解断电自感产生误导,学生认为只有闪亮才是断电自感现象。

为了达到良好的教学效果,现对课本的演示实验作如下改进。

2 实验器材

自感线圈和电键各1个,2.5v小灯泡一个,2cp晶体二极管两个,演示用灵敏电流计一个,6v稳压直流电源1个(或用四节干电池),连接导线若干。

3 实验改进

将两个小灯泡和两个晶体二极管,自感线圈、电键及6V直流电源,连接成如图二所示电路。当闭合电键S时,电路接通,D1处于导通状态,小灯泡正常发光,D2处于截止状态,灵敏电流计无电流通过,指针不偏转。小灯泡发光显示了原电流的存在。当断开电键S时,线圈L中的电流发生了变化,故产生了自感电动势。根据楞次定律可知,线圈中产生的感应电动势及自感电流的方向与原电流的方向相同,所以在线圈与小灯泡、灵敏电流计组成的回路中,DI处于截止状态,无电流通过,小灯泡不发光,但D2却处于导通状态,自感电流将通过灵敏电流计,尽管自感电流是瞬时的,但当它通过灵敏电流计时,足以使指针发生明显的摆动。

4 结果与讨论

(1)改进后的电路中,小灯泡是专用来显示原电流存在的,灵敏电流计是专用来显示自感电流存在的,将原电流与自感电流分开显示,当电路中有自感电流存在时,就可以由灵敏电流计显示出来。本来在原实验中不易观察到的感应电流,就变得易于观察到了,原电流与自感电流一目了然。

(2)改进后的实验不仅仅显示了感应电流的存在,还显示了感应电流的方向,进而证明了线圈在断电时产生的自感电动势的方向与原电流的方向是一致的。

(3)改进后的断电自感实验,电路并不复杂,但教学效果却事半功倍,笔者对两个教学班进行了教学试验,发现使用改进后的方法进行演示教学,学生能正确掌握自感电动势和自感电流方向的判别方法,学生的思维能力和应用知识能力增强,对电磁感应现象的理解更为透彻,教学效果明显提高。

演示实验能培养学生科学的思维方法和各种能力,物理学实验中有许多富有创造性、启迪人思维的好方法,教学中可以通过演示实验或直接点出或潜移默化地向学生渗透这些好的方法和思想;在演示的过程中使学生通过观察、分析、想象、假设、归纳表达等来培养和提高其各种能力。最后,演示实验能培养学生良好的科学素质。实验除了对知识的掌握、能力的提高又明显作用之外,对非智力因素的培养也有显著的作用,不仅能培养学生实事求是的科学态度,严谨细致的工作作风和坚忍不拔的意志品质,而且能有助于学生形成正确的观点、观念、优秀的道德品质,培养高尚的思想情操和浓厚的学习兴趣。所以作为一线教师,创造性的做好演示实验不仅对知识的讲解起到画龙点睛的作用,还能起到良好的示范作用,引导学生创造性的解决问题。