对变压器演示实验的改进和拓展

丁佐建

（江苏省常州市第一中学，江苏 常州 213000）

人教版高中物理3-2教材第5章第4节“变压器”中的“思考与讨论”中有一实验：演示变压器对交流电的作用，教材给出如图1参考电路图，笔者在教学实践中发现，此实验有拓展和改进的空间.

图1

1 问题与改进

电路图显示，实验使用的学生电源有交、直流两种输出，要求学生思考和讨论“一个线圈连到交流电源的两端，另一个线圈连到小灯泡上，小灯泡可能发光吗？”演示得到肯定结果后，学生必然会形成与上述成鲜明对比的“变压器对稳恒电流是否有类似的作用呢？”这样的疑问.

教材给出两种输出的电源，编撰者也就是为教师演示留有发挥的余地——只要改接一下电源的输出端，就能因电流的不同而形成迥然不同的效果，不但会给学生留下深刻的印象，还能很自然地引导学生深层次地思考变压器的工作原理.部分教师在授课时可能也是如此操作.

但利用上述电路图直接演示变压器对稳恒电流的作用，看似只需简单地将原线圈改接到稳恒直流电源上，但一个细节却不容忽视.如果先断开学生电源，待原线圈改接到直流电源后，合上电源开关，则会在合上开关的一瞬间，灯泡出现一次闪烁，开关断开的一瞬间，小灯泡也会出现一次闪烁.这是因为，原线圈中稳恒电流的建立或消失需要一段时间（较短），铁芯中的磁场会发生相应变化，由于时间较短，在副线圈中会产生一个峰值较大的感应电动势和电流脉冲，如果学生观察到闪烁现象，而教师不加解释，会以为变压器对稳恒电流也起到了某种作用，适得其反.如果先拆除副线圈和小灯泡的连接，把原线圈从交流电源改接到直流电源输出端，接通原线圈电路，电流稳定后再将副线圈与小灯泡连接好，这时小灯泡不会发生闪烁，表明了变压器不能传输稳恒电流的特征，达到了演示目的，很明显操作繁琐，尤其是在原线圈通路稳定的情况下“再将副线圈和小灯泡连接好”，从电工学的角度讲有“带电操作”的嫌疑，有违电工学操作规范（当然本实验没有危险），会对学生会产生潜移默化的不良影响.

如何改进呢？笔者认为很简单，按照电工学对电路和操作的要求，在原、副线圈回路中各接上开关S1和S2，如图2所示.

图2

演示变压器对稳恒电流作用，其流程如下：断开S1和S2，改接好相关电路后，先将电源开关和S1闭合，再闭合S2，灯泡不亮，目标达成.

有教师可能会质疑S1存在的必要性，认为学生电源的自带开关能够满足实验的要求.其实S1的存在不只是为了满足电路的规范要求，更重要的是能为实验的后续拓展服务.

2 拓展与思索

讲完变压器工作原理后，我们可以再次利用如图2电路图进行如下的实验拓展操作和相关问题的设问，以深化学生对变压器原理的理解.

（1）在S2合上的状态下，合上S1让学生观察并思索小灯泡闪烁的原因（传统“千人震”实验的原理）.

（2）在S2合上的状态下，断开S1让学生观察并思考小灯泡也能闪烁的能量来源（这是说明磁场具有能量的极好事例）.

（3）让学生思索：小灯泡的闪烁不是特别明亮的原因（不是电流小，其实感应电流脉冲的峰值很大，只是持续时间短，能量少，不足以使灯丝升高至较高温度并维持一段时间.此问题对学生而言有难度）.

（4）让学生思索：如何让小灯泡的闪烁更亮、更持续、更稳定（改变匝数比的效果不明显，必须快速地、连续地通断开关S1，通断的频率越高，灯泡越亮、越稳定，人眼甚至感觉不到闪烁，达到与交流电源同样的发光效果，这是因为感应电流脉冲之间的时间间隔小，灯丝热量散失慢，温度可以上升并维持在较高值.最好让学生自己动手操作和实践，其操作效果非常明显、动感十足、课堂氛围极度高涨）.

（5）让学生思索：上述现象是否说明变压器对稳恒电流起到了传送作用？（答案是否定的，而是进一步说明：只要原线圈的电流发生变化，即使不是交流电，副线圈也一定能产生感应电流）.

以上是笔者在教学实践中的一点启发，建议教材编撰者从电工学的规范要求和挖掘实验潜能的角度出发，在原副线圈回路中各加上一开关，不当处请指正.

1 梁原.活用可拆变压器 补充课堂演示实验［J］.物理教师，2004（1）：31.