测量线圈自感系数的新型装置

黄萍萍　向得精　刘宏　罗鼎为　陈晓莉

【摘要】开关断开时，自感线圈中的电流不能突变，设计合理装置，利用能量转化，将自感线圈中储存的磁场能量转化为热能，测量热能，得到自感线圈中储存的磁场能量，通过电流表测量待测线圈电流大小，再结合公式，测量线圈的自感系数。

【关键词】线圈 自感系数 测量

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）03-0182-01

线圈的自感是高中物理选修3-2中的重点内容，可每当教师讲到线圈的自感系数时，学生总感觉不够形象具体。在教材中也仅仅简单提出自感系数与线圈的大小、形状、圈数及是否有铁芯等因素有关，这不利于锻炼学生的感性思维。传统测量电感的自感系数是用交流电桥，它存在平衡点较难找，并且在空间杂散信号干扰下很容易产生误差等问题；同时，交流电桥结构复杂、造价高。笔者借“测量线圈自感系数的新型装置”， 快速且更加准确地测量线圈的自感系数。新型实验装置如图1。

一、装置制作

1.主要制作材料

电源1个、开关1个、待测线圈1个、滑动变阻器1个、电流表1个、理想二极管1个、用电阻丝做成的电阻器1个、试管1支、三通管1个、注射器筒1个、活塞1个、阀门1个、毛细管1个、有色液注1滴、刻度尺1个、导线若干。

2.制作步骤及相应介绍

（1）制作教具左端的电路装置

①制作第一串联回路

直流电源需电压可调，与开关，待测线圈、滑动变阻器、电流表通过导线相连，构成第一串联回路。

②制作第二串联回路

用电阻丝做成的电阻器，与直流电源，开关，理想二极管，电流表、滑动变阻器相连构成第二串联回路。

③制作第三串联回路

将电阻丝与待测线圈，理想二极管相连构成第三串联回路。

（2）添加试管

将用电阻丝做成的电阻器放入试管内。

（3）制作教具右端的测量装置

①使活塞位于注射器筒内，调节压强使毛细管中的有色液柱处于0刻度位置，再通过关闭阀门使两边气体隔绝。

②用三通管用来连接封闭试管，注射器筒及毛细管，四者皆为绝热的。毛细管上固定有刻度尺，可以比较精确地测量有色液柱移动的距离。

（4）连接电路装置和测量装置。

二、装置原理与应用

1.装置原理

开关断开时，自感线圈中的电流不能突变，设计合理装置，利用能量转化，将自感线圈中储存的磁场能量转化为热能，间接测量线圈的自感系数。

2.装置应用

（1）闭合开关，直流电源与开关，待测线圈、滑动变阻器、电流表构成的第一串联回路接通，电流渐趋于稳定。线圈中将储存能量

（2）利用活塞调节压强，使毛细管中的有色液柱处于0刻度位置，关闭阀门10使两边气体隔绝。

（3）断开开关时，由于自感线圈中的电流不能突变，它将充当电源与理想二极管、电阻2串联，构成回路。此时线圈中储存的磁场能量释放，原来线圈中储存的磁场能量转化为在待测线圈内阻和电阻丝上放出的热量。

（4）调节滑动变阻器，使电路中的电流改变，再次利用活塞调节压强，使毛细管中的有色液柱处于0刻度位置，关闭阀门使两边气体隔绝。这时，毛细管中有色液柱移动的距离△x也将改变，但L不变，证明在一定条件下，自感系数与线圈中所通电流大小无关。

（5）在电阻丝及其它影响因素不变的情况下，改变待测线圈的大小，形状，圈数以及向线圈内放入铁芯，控制变量，可得出自感系数与线圈大小、形状、圈数及是否有铁芯等因素有关。

（6）综合上述，该装置不仅可定量测量线圈的自感系数，还可以验证自感系数与线圈中所通电流大小无关，与线圈大小、形状、圈数及是否有铁芯等因素有关。

三、新型实验装置优点

（1）该装置结构简单，操作简便，且造价低。

（2）较传统装置，更加快速且准确地测量线圈的自感系数。

（3）所用原理比较简单，学生容易理解，同时可以指导学生自己动手做实验，并进行计算，激发学生学习兴趣，培养学生的动手能力和科学探究精神。

参考文献：

[1]赵凯华. 电感系数的定义问题[J]. 大学物理，2001，20（2）.

[2]葛宇宏，葛志利. 有限长多层直螺线管的自感系数[J]. 大学物理，2010，29（7）.endprint