自制互感实验演示教具——教师的扩音器会唱歌

谢志刚 刘新发

(长沙麓山国际实验学校 湖南 长沙 413000)

两个线圈中并没有导线相连，但当一线圈中的电流发生变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势.这种现象叫做互感.互感现象是一种常见的电磁感应现象，在生产、生活及实验教学等方面有许多应用.它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且也可以发生于任何两个相互靠近的电路之间[1].

本实验装置利用互感线圈将能量或信号从一个线圈传递给另一个线圈、将一电路中的音频电信号通过两个线圈的互感作用而传递到另一电路中去.实验器材就地取材，为学生所熟悉的耳机线、教师上课用的扩音器、线圈等.通过实验演示，声音保真度高，学生感受到了互感现象的神秘，教师再结合互感原理对电磁感应现象进行层层释疑，牢牢地吸引了学生们的课堂注意力，教学效果非常不错.

1 材料准备与制作过程

1.1 材料准备

耳机线2根，手机，教师上课用的扩音器1个，线圈2个.

1.2 制作过程

(1)制作互感初级线圈和信号数据线.

如图1所示，选用匝数较少的线圈(大约100匝)作为初级线圈.将耳机线耳塞端剪断，抽出两金属线，再将金属线分别接在线圈上的两接线柱上，此处接线不分正负极.此处数据线接口与手机相连.

图1 制作初级线圈

(2)制作互感次级线圈和信号数据线

如图2所示，选用匝数较多的线圈(大约600匝)作为次级线圈，数据线的制作与上面一致.此处数据线接口与教师上课用的扩音器相连.

图2 制作次级线圈

2 实验演示

2.1 演示互感现象

先用手机播放音乐，并让学生观察到声音是从手机里发出来的.再把初级线圈(大约100匝)数据线接口插入手机耳塞端接口，把次级线圈(大约600匝)端数据线接口插入到教师用的扩音器上.此时手机中的声音消失，扩音器中的音乐响了起来.

2.2 影响扩音器声音大小的因素

(1)如图3所示，改变线圈匝数声音会发生大小变化，当次级线圈匝数由大约600匝调为800匝时，扩音器中的声音变大.

图3 增加次级线圈匝数

(2)如图4所示，当把初级线圈向次级线圈靠拢时，扩音器中的声音变大.

图4 初级线圈靠近次级线圈

(3)如图5所示，在初级或次级线圈中插入铁芯时，扩音器中的声音变大.

图5 线圈中插入铁芯

3 原理及实验现象分析

当两个线圈的电流可以互相提供磁通时，两个线圈之间就存在互感耦合.一个回路的电流产生一个磁场，而该磁场会影响第二个回路.两个回路相互作用耦合的强弱用互感系数表征.互感系数与自感系数有相同的单位，与自感系数类似，互感系数的大小取决于两个线圈的几何形状，大小，相对位置，各自的匝数以及它们周围介质的磁导率[2].

当手机播放音乐时，把初级线圈端的数据线接入手机耳机接口，初级线圈中就有了随声音变化的电流，次级线圈会感应出变化的电流，从而产生电磁感应现象.连接次级线圈的数据线将电信号输送到扩音器，扩音器将电信号转化成了声音.实验过程中，当增加次级线圈匝数、将两线圈靠近、在线圈中加入铁芯后会发现声音响度变大，是因为互感系数变大了.