利用DIS实验系统改进高中物理自感演示实验

徐逸舟 周学新

摘 要：本文利用DIS实验系统，对高中物理中自感现象进行了研究，改进了原教材中自感实验的实验方法，得到了较为理想的自感图像，提高了原实验的精度和趣味性。

关键词：DIS实验系统；自感现象；自感实验图像

1 前言

高中物理教材中，自感现象是按照下图1来进行演示的。

这个实验虽有易于演示，对比明显的优点，然而也存在如下缺点：

（1）实验观察时间太短，凭感官容易产生错觉。“断开电路，此时可以看到灯A1要过一会儿才熄灭”，如果教师不提醒学生专注观察两灯泡亮度变化，学生很容易错过观察。

（2）不能显示自感电动势（或感应电流）的方向，也不能直观显示自感电动势（或感应电流）的大小。了解感应电动势产生方向和变化规律对于解决如整流器产生瞬间高电压等实际问题有很大的帮助。所以学生有必要更详细直观的了解自感現象产生过程中感应电流方向和感应电动势随时间变化的规律，即实验的本质。

2 利用DIS实验系统对高中物理自感演示实验的改进

2.1 改进后的实验装置

为了得到更好的实验图像，改变实验原理如下图2。

采用两只完全相同的电阻R1、R2，通过R1、R2电流的变化与R1、R2两端电压U1、U2的变化成正比，作出“电压-时间”图象进行实验研究。实验实物电路连接如图3所示。

2.2 改进后的实验步骤

（1）将学生电源的正负极分别接到“朗威DISLab”自感现象实验板的电源输入端，将学生电源电压调节到6V。将两个“朗威DISLab”电压传感器的正负极分别接到“朗威DISLab”自感现象实验板的R1和R2两端。

（2）检查所有线路连接是否正确，确认无误后打开学生电源和“朗威DISLab”数据采集器的电源。

（3）打开电脑桌面上“朗威DISLab”的通用扩展软件，看看是否接收到了两个“朗威DISLab”电压传感器的电压信号。

（4）进入绘图模式，添加两条函数关系，第一个是R1所在的“朗威DISLab”电压传感器和时间t的关系图，用红色表示；第二个是R2所在的“朗威DISLab”电压传感器和时间t的关系图，用篮色表示。

最后试着断开和闭合开关K，观察图像，调节x和y轴的量程，使效果图最明显。

2.3 改进后的实验现象及数据分析

2.3.1 改进后的实验现象

按照上述操作步骤，先闭合开关K，然后再断开，接着按停止键。重复多次，取现象最明显的图像。得到图4、图5两幅图象

2.3.2 数据分析

（1）闭合电路瞬间，R1两端电压瞬间达到最大值，而R2两端电压逐渐增大至最大值，两个最大值相同。符合实验预期。

（2）断开电路瞬间，R1两端电压由正值变成负值，且其最大值的绝对值比原来小。如图5电路中电流减小，穿过线圈的磁通量也减小，电路中产生感应电动势阻碍线圈电流的减小，通过R1的电流与原电流反向，R1两端电压由正值变成负值。

（3）R1、R2处于串联状态，而它们的电阻相等，所以R1、R2两端电压相等，电压图象中图形的对称。

（4）断开电路以后，R1两端电压，R2两端电压从数值上均逐渐减小至零。

2.3.3 改进后实验的优点

与原实验比较有以下几个优点：

（1）DIS实验较好的展示了在电路闭合和断开的瞬间自感现象所造成的电学量变化的具体过程。

（2）实验的观察无须收到受到观察者主观因素的限制，实验的现象具有可记录性。

（3）能较直观地显示感应电流、感应电压的大小和方向。这是采用书本实验方法无法体现的。

3 结语

利用“朗威DISLab”的自感现象实验板、电压传感器等传感器对自感现象进行定量研究，改变了教材单一定性实验的缺点，为学生进一步深入研究电磁现象提供了前所未有的工具和条件。这也给一线教师提出了变革研究工具的要求。

参考文献

[1]韩海波.利用DIS实验系统改进自感演示实验[J].物理通报，2011，40（10）：66-67.

[2]呼格吉乐.改进DIS实验系统中弹簧振子的振动图像实验[J].物理实验，2010，（5）：25-26.

（作者单位：浙江省长兴中学）