自制互感现象演示仪

2019-08-10蒋雪茹陈博文

物理教学探讨 2019年6期

蒋雪茹陈博文

摘要：现有的互感现象演示仪演示过程中无法通过实验现象判断感应电流的方向，本教具采用了蓝色、白色LED灯替换原有的白炽灯。除此之外，现有仪器只能演示直流电源通断电过程中发生互感现象，无法运用在实际生活中，为此本教具增添了交流电源，用以演示生活中的互感现象产生原因，从而使学生从课堂走向生活。

关键词：自制教具;互感现象;交流电源

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2019）6-0053-2

1 自制教具背景

互感现象在生活中有着广泛的应用，变压器、无线供电技术等都是以互感现象为基础研发的，因此互感现象是连接物理与生活的桥梁之一。互感是感应电流的产生条件、楞次定律、法拉第电磁感应定律的融合，在教学过程中有着极大的困难，采用实验探究的方式进行教学可以化抽象为形象，符合高中生的学习需求。

现有的互感现象演示仪不能满足以下两点教学需求：（1）不能直观地演示感应电流的方向;（2）不能演示交流电源产生的互感现象。

2 新教具的原理图（如图1）

组成部分：直流电源、交流电源、两个互不相连的线圈、铁芯、LED灯。

原理：两个互不相连的线圈，其中一个线圈的电流发生变化时，会导致另一个线圈的磁通量发生变化，从而在线圈中产生感应电动势，若线圈闭合则会有感应电流产生。

3 教具的改进

3.1 LED灯替换普通白织灯

现有的互感现象实验教具采用普通白炽灯来检验互感现象能否发生，白炽灯的发光原理是发热发光，不具有单向导电性，通过观察白炽灯的发光情况，只能判断是否有互感现象发生，不能进一步探讨感应电流的方向。

此改进装置采用蓝色、白色LED灯反向并联代替普通白炽灯。其优点有两处，其一：蓝色、白色LED灯都是二极管，而二极管具有单向导电性，利用这种性质可以通过观察实验现象直接判断感应电流的条件，帮助学生更深入地理解互感现象的产生原因。

3.2 增加交流电源

自感现象的应用涉及到生活中的方方面面，除通断电的自感现象外，还有变压器、无线供电技术等，这些生活中的应用不能通过简单的瞬间的自感来解释，是一种连续的自感现象，为了更好地体现物理来源于生活，增强物理课堂与科学的联系，此改进装置增加了交流电源，为了保证实验的安全性，通过变压器将220 V的交流电转化为18 V的交流电以用于实验。通过演示交流电源的互感现象可以开阔学生的眼界，拓展学生的思维，达到提高学生科学素养的目的。

4 教学应用

教具可用于讲解高中互感现象、感应电流的产生条件、楞次定律，帮助学生理解感应电流的产生条件是磁通量发生变化这一重要知识，在用于互感这一章节时，由于采用了白色、蓝色LED灯反接，可以帮助学生理解、运用楞次定律以及右手螺旋定则判断感应电流的方向。

5 实验教具

5.1 教具制作

教具由一个交流电源（AC—AC转换器）、一个直流电源（两节9 V干电池串联）、两个互不相连的线圈、U型铁芯、LED灯、导线构成。

线圈：按16 mm×32 mm×80 mm的尺寸，用有机玻璃制作如图2所示的绕筒（用以缠绕线圈），然后用0.3 mm的漆包线各缠绕1500次制成圈。

检测装置（LED灯）：将6颗额定电压为2 V的白色LED灯首尾相连，8颗额定电压为2 V的蓝色LED灯首尾相连，在接入电路时，使白色LED灯和蓝色LED灯反向并联，用于检测感应电流的方向。最后，用导线将制作好的线圈和检测装置相连，并安装在底板上。

5.2 实验现象

1.闭合直流电源开关，白色LED灯发光（如图2）。

2.断开直流电源开关，蓝色LED灯发光（如图3）。

3.闭合交流电源开关，白色和蓝色LED灯都发光（如图4）。

6 小结