自制低成本断电自感演示仪①

王修权

(甘肃省永昌县第一高级中学，甘肃 金昌 737200)

自感现象是一种特殊的电磁感应现象,是由于流过导体本身电流的变化而产生的电磁感应现象。在自感现象的教学中实验显得尤为重要，图1是实验室常用的一种自感演示仪,该仪器的优点是演示通电自感现象明显,但缺点是演示断电自感现象不明显。为克服这一缺点,课题组成员利用镇流器、二极管等元件自制了低成本断电自感演示仪,实验教学效果良好。

图1

1 制作材料

干电池、镇流器、有极性发光二极管(3只)、无极性发光二极管(2只)、滑动变阻器、开关、导线若干。

2 制作过程

根据实验要求设计出如图2所示的电路,其中D是电源指示灯，D1、D2是有极性发光二极管,D3、D4是两个相同规格的无极性发光二极管，根据电路图连接相应的实物电路。

图2

3 演示实验

3.1 演示“千人震”

“千人震”是自感现象教学中有趣的演示实验,演示步骤如下：

(1)让学生回忆人体的安全电压,明确将3V的电源接到人体是安全的,不会有触电感的。

(2)断开开关K2、K3,让学生手拉着手接入电路中,接通开关,引导学生观察电源指示灯的亮灭情况。

(3)断开开关K1,学生会在观察到电源指示灯灭了的瞬间,有比较强的触电感。

教师通过演示实验引发了学生的认知冲突,提出问题：电源断开了,电从何而来呢？激发了学生的学习兴趣。

图3

3.2 演示断电自感中小灯泡是否“闪亮”一下再熄灭

本自制教具中用无极性发光二极管代替了实验室常用仪器中的小灯泡,使得断电自感中的一个特殊现象——闪亮一下再熄灭的实验现象很明显，主要操作步骤如下：

(1)闭合开关K1、K3,断开开关K2,提醒学生观察：当断开开关K1的瞬间,D3会不会突然闪亮一下再熄灭。

(2)闭合开关K1、K3后,D3、D4发光,调节滑动变阻器,使得D3的亮度很暗，同时将D4短路,在断开开关K1的瞬间,D3会突然闪亮一下再熄灭。

3.3 探究感应电流的方向

如图4所示,利用二极管的单向导电性，可说明感应电流的存在，并验证感应电流的方向,操作步骤如下：

图4

(1)闭合开关K1、K2,断开开关K3,提醒学生观察：当断开开关K1的瞬间,D2会不会闪亮一下。

(2)闭合开关K1、K2后,根据电源电动势的方向,D1导通、发光。

(3)断开开关K1的瞬间,D2闪亮一下。究其原因是由于线圈中电流减小，产生了自感电动势，此时线圈相当于电源,与D2构成回路，感应电流使D2闪亮了一下。

4 实验创新点

(1)低成本是该器材最大的创新点，该器材的主要元件是废旧日光灯中的镇流器,很容易找到。

(2)实验现象明显、易操作，用无极性发光二极管代替小灯泡,使得实验现象非常明显。

(3)更换、维修方便，本教具中发光二极管采用插孔式接线方式,因此,更换发光二极管非常方便。

5 注意事项

(1)用2节1.5V干电池做电源，由于二极管的正向导通电压较小(2V左右),为此,根据电路需要,该仪器的电源电压应控制在3V以内。

(2)妥善保管,防止损坏电路：本教具中含有二极管及许多外部电路,演示结束后,应将其装入盒中,防止损坏电路。