“互感”与“自感”两个演示实验的设计

阮传志��

“互感”和“自感”现象概念相对比较抽象，尽管它们在电工技术和电子技术中有广泛的应用，但学生对相关知识的了解却很有限，对教材（人教版高中物理选修3-2）中提到的一些应用实例如“收音机”、“自感电动势烧蚀开关”等知识知之甚少，为了加强学生的感性认识，将抽象的概念具体化，体现从“从生活走向物理，从物理走向生活”的教学理念，笔者设计了两个课堂演示实验，它们操作简单，现象明显，说理清楚，趣味性强，对课堂教学能起到很好的辅助作用，兹介绍如下.

演示实验 一：“互感”现象的应用——制作简单的收音机

为了介绍“互感”现象的应用，教材例举了“收音机”的例子，如图1所示为教材的插图，很明显这个例子及其所配的插图存在以下不足：首先是插图的可视性差，学生难以抓住观察重点；再者是“收音机”这种电子产品，远离学生生活，学生知道有这个东西，但使用少，相对陌生；还有就是即便手边有收音机，有打开看看的好奇心和“研究能力”的“熊孩子”越来越少，这一不足，可以通过设计、制作、使用如下的演示实验来弥补.

【器材】：大线圈一个（500～1000匝）；小线圈一个（约100匝）；软铁棒一根（粗细能插入小线圈）；有源音箱（带原配信号线一根）一个；导线四根.

【制作】：1.将有源音箱的信号线在中间位置裁成两段，取前半段，在剪裁端剖出两根芯线，分别与小线圈的两接线柱相接（使小线圈能连接耳机插孔）.

2.将有源音箱的信号线裁下的后半段，在剪裁端剖出两根芯线，分别接大线圈的两接线柱（即大线圈与音箱组成一个回路）.

3.组装、连接如图2所示.

【操作】1.将电脑（或MP3、手机等）放出音乐；

2.将信号线插头插入电脑（或MP3等）的耳机接口（即将小线圈接声源）.

3.将大线圈（通过后半段信号线）接入有源音箱的音频接口，并打开音箱电源；

4.并将小线圈插入大线圈中，音箱开始播放电脑（或MP3、手机等）音乐，这就是个简单的收音机.

5.调节音量旋钮，将音量调到合适.

【阐释的问题】：一个线圈的电流变化时，它所产生的变化磁场会在另一个线圈中产生感应电动势.利用“互感”现象，可以将能量传递到另一个线圈，因此在电工技术和电子技术中有广泛的应用.

演示实验二：“自感”现象的危害——断开开关

电火花点燃小火炬：为介绍“自感”现象的危害，教材例举了“自感电动势烧蚀开关”的例子，如图3所示为教材的插图，显然它也有明显的不足之处：一是真实实验有困难（不少学校的实验室不具备实验条件，高级中学很少有学校配备工程技术类实验器材.），二是实际的实验操作有一定危险性，所以模拟实验是最理想的解决之策.

【器材】：线圈一个（约1000匝），导线6根，开关一个，小灯泡（额定电压2.5 V）一个，电池盒一个，干电池4～6节，镊子一把，脱脂棉少许，打火机油少许.

【制作】：1.如图4所示，将线圈、小灯泡、开关串联.

2.将电源接入电路.

【操作】：1.閉合开关，小灯泡发光，显示电路完好.

2.手持线圈与小灯泡间的导线，松动导线与线圈的接线柱，做连续通断的动作，模拟开关通断，观察接线柱处有电火花放出.

3.用摄子取少量脱脂棉，滴上少许打火机油，做成小火炬，靠近连续通断的接线柱处.

4.重复操作步骤2，电火花将小火炬点燃.

【阐释的问题】：

1.在变压器、电动机等设备中有匝数很多的线圈，当电路开关断开时会产生很大的自感电动势，使得开关中的金属片之间产生电火花，烧蚀接触点，甚至引起人身伤害.

2.提醒学生在易燃易爆的环境的环境中，正确用电，合理避险，如遇室内燃气泄漏，应立即打开门窗通风，迅速离开现场，切勿动任何电器开关！

以上两个演示实验，都是根据相关知识，针对教学内容设计，可以弥补教材不足，活跃课堂气氛，引起学生学习兴趣，效果震憾，体验真切，说理清楚，激发探究精神，感悟实验真谛.当然，如果能将其设计成学生实验，让学生动脑、动手，教学效果可能会更好一些.