谈“千人震”自感现象实验

邓宗茂 赵志刚

(沙县金沙高级中学 福建 三明 365500)

在我市的一次物理教学观摩活动中，有一位教师上普通高中课程标准实验教科书(鲁科版)《物理·选修3-2》第二章第二节“自感”时，为了创设教学情境，做了一个千人震自感现象演示实验，实验电路如图1所示.

图1

即

两边积分得

从而

代入初始条件

得C2=I0.故

(1)

自感电动势

(2)

电感线圈上的电压降为IRL=E，加在两个牵手学生身上的总电压为40E，加在每个学生身上的电压为20E.而3人实验时，电动势的峰值为

图2

从能量的观点来看，也是很显然的.开关S断开时，电池与人体已经脱离，导致学生触电所需的能量由自感线圈L中磁场的能量转化而来，即

这表明，在增加牵手人数时，由于线圈中储存的磁场能量没有变化，人均触电能量就会减少，所以，学生的触电感觉变弱.若要增强学生的触电感觉，可以通过减小线圈的电阻RL，或者增大线圈的自感系数L来提高磁场能量，由式

可知，L加倍会导致磁场能量加倍，而RL减半会使磁场能量增加到原来的4倍，即要达到提高磁场能量增强触电感觉的目的，减小RL比增大L更有效.

顺着以上思路，对自感现象实验电路进行探究，教材中通电自感现象是用图3演示的.从理论上说用此图演示断电自感现象也是可行的，该电路在断开开关S的瞬间产生的自感电动势的最大值为

因RL1的存在使磁场能大大减小，同时使驰豫时间

减小，而没有足够能量和通电时间使灯L2发生闪亮现象.现行教材中往往用图4所示电路演示断电时灯L的闪亮现象，因为图4中L线圈支路不存在RL1而导致线圈中储存的磁场能量显著增大，驰豫时间也增大，使断电时产生闪亮的实验现象更加明显.

图3图4

1 廖伯琴.物理·选修3-2.济南:山东科技出版社,2007