通断电自感演示实验设计

叶彬

一、概要

传统的通断电自感演示实验能够形象地展示出小灯泡的亮度变化及发光时间的滞后现象。但是，电路中的电流大小及电流在通断电瞬间随时间的变化情况却无从知晓。

数字传感器通断电自感实验能把各支路的电流大小及通断电瞬间电流的大小和方向的变化以数据、波形的形式记录下来。但是，它是借助电脑演示小小的集成电路板的自感现象，中间缺乏一个形象、直观的电路和现象供学生观察，也不利于老师讲解说明。学生很难信服电脑上不明就里的实验结论。

考虑到以上两种实验的优缺点完全可以互补的关系，我设计出一套传统实验加数字实验的新型演示实验——新型通断电自感演示实验。

二、实验原理

自感现象是一种特殊的电磁感应现象，它是由导体本身电流变化而引起的。流过线圈的电流发生变化，导致穿过线圈的磁通量发生变化而产生的自感电动势，总是阻碍线圈中原来电流的变化，当原来电流在增大时，自感电动势与原来电流方向相反；当原来电流减小时，自感电动势与原来电流方向相同。因此，“自感”，简单地说，就是由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫做自感现象。

（一）通电自感电路图：

（二）断电感电路图：

三、实验器材

（一）数字实验部分：

电脑、数字实验光盘（安装到电脑上即可）、数据采集器、电流传感器两个、数据线三根（一根用于电脑和数据采集器之间，两根用于数据采集器和电流传感器之间）。

（二）传统实验部分：

学生低压电源（也可用干电池）、线圈（也可用变压器线圈或整流器）、单刀开关、小灯泡（附灯座）、滑动变阻器（也可用低阻值电位器）、导线若干。

（三）其他部分：

背投（大屏幕）、实物投影仪。

（四）注意事项：

导线易选用鳄鱼夹类型的，便于安装拆卸。

四、安装和操作

（一）准备工作：

1.把软件DISLab6.8安装到电脑上；

2.把数据采集器连接到电脑上；

3.把电流传感器连接到数据采集器上。

（二）通电自感演示：

1.按电路图一连接好电路；

2.两个电流传感器分别连接到灯泡1和灯泡2的两端。闭合开关，用电脑记录下闭合瞬间电流的变化。

（三）断电自感演示：

1.按电路图二连接好电路；

2.把电流传感器串联在灯泡的支路中，断开开关，用电脑记录下闭合瞬间电流的变化。

五、实验现象

（一）通电自感演示：

闭合电源瞬间会看到实验板上支路1的灯泡先亮，支路2的灯泡后亮。同时电脑屏上会显示支路1（与滑动变阻器串联）的电流迅速达到某一值，随后保持不变；支路2（与自感线圈串联）的电流相对缓慢地提升至某一值，随后保持不变。

（二）断电自感演示：

断开电源瞬间会看到实验板上灯泡亮度突然增大（闪亮）。同时电脑屏上会显示出电流迅速反向增大再回到零值。

（三）注意：

1.为了避免电流因素的干扰，提前用滑动变阻器把两支路通电后的电流调成相同大小——控制变量。

2.演示通电和断电自感时，在闭合开关的瞬间会发现电流先有个小峰值，这其实也是自感所致。

六、心得体会

本次创新的实验教具——新型通断电自感演示器基本上达到了我预期的设想。它不仅展示出了神奇的自感现象，而且把现象的本质原原本本地展现出来，便于学生的理解和进一步探究。在制作过程中，我做了很多尝试，包括电源、线圈、变位器、灯泡及导线的选择都一一比较，从而制订最佳实验方案。该实验亦被我校参加讲课比赛的老师采用，并取得了良好的效果和成绩。我也会以此为契机，更努力地为教学服务。