自感现象实验的改进

景文波

(大城县第一中学 河北 廊坊 065900)

1 引言

文献[1]指出：现行高中教材中设计的分别演示通、断电自感现象的两个实验(如图1、 图2所示)，最大缺点在于把通电自感和断电自感两种现象割裂开来.且两实验分开做浪费时间，也不易解释断电自感实验中接通瞬间灯泡的突然闪亮.因此完全可以用断电自感实验装置同时观察通、断电自感现象;既省时省力，效果又好.此设计尊重事实，充分挖掘和利用了实验现象，效果颇好.

图1 图2

笔者认为原断电自感实验电路可再进一步改进，效果会更好.而且原通电自感实验电路也可进一步改进加以利用，同样也能既演示通电自感又能演示断电自感.自感是一种特殊的电磁感应现象，遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律.通、断电自感现象都是相伴发生的;通之后必然要断，断之前必要先通.所以演示通电自感现象在断开时必然存在断电自感，演示断电自感现象在通电时也有通电自感.只是由于器材诸多性能所限没有宏观表现出来.既然理论上存在这种现象，与其给学生完美的解释，为什么不把它变成可以观察到的现象让学生真切地去体验呢？为此，笔者对实验电路做了设计改进，器材重新选配，以期达到完美的演示效果.

2 实验改进

2.1 设计方案一：用“通电自感”电路演示通、断电自感现象

图3

如图3所示 ,该设计保持原有图1电路模式，A1用一组LED发光二极管D1(发光二极管具有单向导电性，且电阻大，发光所需电流小等特性，正好符合本电路要求)取代，A2用另外两组LED发光二极管D2,D3反向并接在一起取代，其中D1,D2同向正向导通.

器材选配：LED发光二极管组D1，D2用相同颜色的10～15个发光二极管并接在一起,可以做成箭头形状以表示电流方向，D1,D2电流指向相同，D3用另一种颜色的10～15个发光二极管并接在一起,也做成箭头形状与D1,D2电流指向相反.L用自感系数大、直流电阻约10～20 Ω的线圈(可用功放输出变压器或大一点的电源变压器副线圈)，R,R1用0～50 Ω电位器，电源用4节一号电池.

2.2 设计方案二：用“断电自感”电路演示通、断电自感现象

图4

如图4所示,也保持原有图2电路模式，用两组不同颜色的LED发光二极管D1,D2反向并接在一起取代小灯泡，也都做成箭头形状用来指示电流方向.线圈、电源与设计方案一配置相同,可以共用，上述两实验设计可安装在一块演示板的正、反面.

3 演示效果

3.1 用设计方案一演示通、断电自感现象

(1)首先闭合图3中开关S，调节R，R1使LED发光二极管D1，D2达到相同的合适亮度，断开S.

(2)再次闭合S，发现D1滞后于D2正常发光，说明L有通电自感.

(3)断开S，发现D2立即熄灭，而D1，D3稍后同时熄灭，说明L断电时也有自感电动势产生，并且在回路L-D1-D3-R-L中形成D3指向的电流，注意观察感应电流的方向，D2中不再有电流.

3.2 用设计方案二演示通、断电自感现象

(1)闭合图4中开关S，D2不亮，D1先闪亮一下然后明显变暗，说明电流方向沿D1指向，D2不导通,D1导通.L在接通瞬间由于通电自感产生的感应电动势阻碍了L中电流的变化，导致L，D1两端的电压先大后小，流过D1的电流先大后小，说明通电时存在自感.

(2)断开开关S，发现D1慢慢熄灭,D2闪亮一下，说明L有断电自感，并且断电时在回路L-D2-L中产生了D2指向的感应电流.

重新设计的两实验装置不仅能在同一电路中演示通、断电自感现象，而且能直接观察感应电流的方向，色彩、闪亮效果都非常好，有助于学生全面地认识自感现象.以往的实验装置从未能如此全面地体现自感现象.在教学过程中可选择使用,也可共同使用两实验装置.

参考文献

1 蔡志东, 潘才连.用断电自感实验装置同时观察通电和断电自感现象.物理通报, 2010(6)：50