断电自感教具改进与制作

谢博丽

摘 要：为提高断电自感实验“闪亮一下后再熄灭”现象的清晰度、可见度、可信度，对实验改进，改进实验电路，增加等效对比;改变光路，增加承接闪光的屏幕;使实验效果明显提高。

关键词：灯泡闪亮;实验改进;物理

自感在高中物理教学中即是重点又是难点。做好断电自感演示实验是帮助学生突破这一难点的关键，但在教学演示中，学生通常自己不能发现灯泡“闪亮一下再熄灭”的现象，需要经教师提示后且反复观察才能勉强接受。这与核心素养要求相悖。为此，需要找到一组最佳匹配仪器使灯泡“闪亮一下后再熄灭”的现象更清晰、更有说服力、可见度更高，提升教学效果。

一、闪亮现象难于观察到的原因

现有断电自感演示实验电路如图1所示，当开关闭合电路稳定后，让学生观察开关断开时，灯A的熄灭情况。

学生通常情况下看不到、得不出灯A的“闪亮一下再熄灭”的现象。分析原因有三：（1）由于本实验的特点自感电流持续时间短、闪亮时间短，导致学生难以分辨;（2）现有仪器中灯泡的闪光是处于空旷的空气背景中，眼睛观察空中光点的闪亮，是很难分辨出是否更亮了一下的，这是眼睛的识别能力所限，（3）因为没有标准的“直接熄灭”的灯来做对比，即便是灯A熄灭时闪亮了一下，学生还是认为灯是直接熄灭的，没有对比，学生感觉不到微小差异。

二、改进措施

1.从根源上强化闪亮一下再灭的现象

采用自感系数大且磁路闭合的线圈增大自感电动势持续时间，以延长灯泡熄灭的时间;同时采用小电阻线圈，增大线圈中原有电流值，来增大自感电流，加强闪亮强度。

2.从观察方法上增加眼睛的分辨能力

改变原来直接观察空中点光的闪亮，利用凹面镜把灯泡的点光会聚反射成平行光打在白屏上，会看到白屏上光源的闪亮清晰可辨。光路如图4。

3.从视角对比上使闪亮现象更可信

增加直接熄灭的对比灯衬托所要观察的“闪亮一下再熄灭”的观察灯，用双刀开关同时控制两灯与电源的通断，并确保断开电源时，对比灯与线圈断开连接。电路如图2示。

三、教具制作

器材：“12V8W”灯两盏，直径为10 cm手电筒反光碗两个，白屏或白墙。线径为1.0 mm，线圈内孔截面积为38×38 mm2，线圈长为49.90 mm，匝数为400匝的线圈一个，且铁芯闭合。单刀小开关一个，双刀开关一个;学生电源一台，导线若干，带底座木板一个，大白纸一张，长导线两根，螺丝螺母若干。

制作：（1）在木板的正面贴白纸一张，白纸上画出电路图如图2;（2）把单刀和双刀开关分别用螺丝固定在木支架上并在相应位置打出穿线孔;（3）两灯分别放入两个反光碗中并用胶粘牢，光路如图4，并把反光碗嵌入事先打在木支架的孔上;（4）电路图中的电源和线圈两端分别在木板上穿孔，在两孔中分别设置旋钮作为自感电动势输出端;（5）把磁路闭合的线圈放在支架正面底座上

并用导线连在电路图中线圈两端旋钮上;（6）在木板的背面用导线连接各元件组成回路。

四、实验过程和效果

教具電路图和实物图分别如图2和3所示;光路图如图4

所示。

1.体验自感电动势的威力

断开单刀K1，让多名学生手拉手连成一排，两端的学生捏住连在两旋钮上的甩出导线，闭合双刀开关K2，学生无反应，即通电时没有被电;断开双刀开关K2，学生立马缩手甚至惊叫起来，即断电时，学生反而被电。这个实验颠覆了学生的思维，学生情绪立马高涨起来。

2.演示灯的闪亮现象

闭合单刀开关K1及双刀开关K2，当电路稳定后，要求学生观察现象三次：

第一次断开双刀开关K2，要求学生观察“对比灯”的熄灭;再次闭合双刀开关K2电路稳定后，第二次断开双刀开关K2，要求学生观察“观察灯”的熄灭;再次闭合双刀开关K2电路稳定后，第三次断开双刀开关K2，要求学生同时观察两盏灯的熄灭。

现象：对比灯A2在屏上的光源“直接熄灭”，而观察灯A1在屏上的光源“中心先更亮一下后再熄灭”。两个白屏上的光源一个”直接熄灭”，一个“中心更亮了一下再灭”，对比明显。

总之，本教具另辟蹊径，从视觉分辨力与视觉对比上对实验进行了改进。达到了学生自己观察现象，自己得出结论的教学目的，有助于核心素养的形成。

参考文献：

[1]戴伟，潘朝军.探寻“断电自感”灯泡能否闪亮的条件[J].物理教师，2014（7）：54-55.

[2]云秀.实验与问题“互为驱动”培养高阶思维能力[J].中学物理教学参考，2018（1-2）：13-16.

编辑 冯志强