“电感和电容对交变电流的影响”演示实验的对比设计

卞龙宝

江苏省大丰高级中学 江苏盐城 224100

“电感和电容对交变电流的影响”演示实验的对比设计

卞龙宝

江苏省大丰高级中学 江苏盐城 224100

新课标人教版教材中“电感对交变电流的影响”的演示实验如下：如图1所示，把带铁芯线圈L与白炽灯串联起来，先把它们接直流电源上，再把它们接到交流电源上，取直流电源的电压与交流电压的有效值相等，观察两种情况下灯泡的亮度。该实验实际演示时(1)由于要取得与交流电压有效值相等的直流电压而使得实验操作难度大；(2)从最后实验效果来看两种情况下灯泡亮度差别明显、直接；(3)该实验包括教材后面安排的“电容对交变电流的影响”演示实验使用的都是学生电源，而学生电源只能提供50Hz这一种频率的交流电，直接用这些装置并不能演示后续的交流电频率对感抗及容抗的影响。实际教学中,笔者在原实验基础上对实验进行了优化设计,突出了直观性、对比性,效果非常理想。

图1

一、采用同步对比实验进行演示电感和电容对交变电流的影响

对于“电感对交变电流的影响”演示实验，笔者将原实验优化设计成图2所示电路，不仅操作方便而且增加了实验对比度。器材如下：A和B为2个完全相同的小灯泡(2.5V，3.8W)，R为滑动变阻器(最大值50Ω)，S为双刀双掷开关，L为学生用原副线圈，用学生电源供电。实验过程：先接直流6V挡，调节滑动变阻器R使B和A灯泡亮度相同。然后改接为交流6V挡，对比A和B灯泡的亮度，会发现A灯比B灯暗。以上现象可说明线圈L对交流电除电阻阻碍外，又产生新的阻碍电流因素感抗。

将实验装置中的线圈换成电容器，且将滑动变阻器接入电路的阻值放置为最小，便可用来对比演示“电容对交变电流的影响”，效果亦同样十分明显。使用该实验装置还可以进一步演示感抗与自感系数的关系、容抗与电容量的关系，具体方法和过程在这里不再赘述。

图2

二、用信号发生器作为电源演示交流电频率对感抗和容抗的影响

对于感抗与交流电频率的关系，可采用如图3所示的实验电路来进行演示。图3与图1所不同的是，学生电源改换成了J2465型学生信号发生器。此外为了能从听觉上直观感知交流电频率的不同，增加实验对比度，电路中添加了一个J2468型音频功率放大器。过程如下：连接好电路，先将信号发生器置5Hz，调节音频功率放大器使小灯泡较亮，再打开音频功率放大器的监听功能，此时可听到啸叫声，然后增加信号发生器的频率(用低频部分5～50Hz),在听到啸叫声变尖的同时可看到小灯泡变暗，说明交流电频率越高，感抗越大。

图3

将装置中的线圈换成电容器同样可通过直观演示得到容抗与交流电频率的关系：交流电频率越高，容抗越小。图4、图5为实验过程中分别获得的不同情况下灯泡的明暗情况，实验对比效果显著。

图4

图5

2010-09-07

卞龙宝，本科，中教高级。