自感现象演示仪器制作

自感现象演示仪器制作

王理想

（新疆师范大学附属中学，新疆 乌鲁木齐 830054）

摘要：人教选修3-2《互感和自感》教学内容，是电磁感应现象在技术中的应用，也是学生在认知上对电磁感应规律的进一步巩固与深化。本节教学的关键是做好自感现象实验。

关键词；自感 演示仪器 制作

《互感和自感》教学中采用如图1和图2所示的电路图教具，演示通电自感和断电自感实验。

优点：1、图1

电路做通电自感实验，小灯泡1A 相对小灯泡2

A 发光延时现象比较明显。

2、图2电路做断电自感实验，小灯泡A 相对之前发光突然变亮再熄灭现象明显。 缺点：1、演示通电自感、断电自感分别在两个不同的电路中进行，如果用图1电路做断电自感实验，眼睛观察不到实验现象，容易带给学生概念理解、规律探究导向性错误。

2、电路中不能直观的观察到自感电动势产生感应电流的方向。

经过实践，在图1电路中置入发光二极管，即可弥补以上的缺点且制作简单。介绍如下。

一、发光二极管、小灯泡工作原理

发光二极管 （英语：Light-Emitting Diode ，缩写：LED ）是一种能发光的半导体电子元件。LED 与没有极性的白炽灯不同，当接上正向电压，在正向电流流过时才能发光，所需工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光）。若接上反向电压，电流会更细小（微安—μA 级），并且不发光。小电灯泡的工作原理是电流通

过灯丝（钨丝，熔点达3000多摄氏度）时产生热量，螺

旋状的灯丝不断将热量聚集，使得灯丝的温度达2000

摄氏度以上，灯丝在处于白炽状态时，就象烧红了的铁

能发光一样而发出光来。灯丝的温度越高，发出的光就

越亮，故称之为白炽灯，所需发光电流大约百毫安。从

响应时间来看，小灯泡的响应时间为毫秒级，LED 灯的图1 图2 图3

响应时间为纳秒级。可通过图5实物直观的给学生演示：调节电位器阻值增大，当小灯泡2A 几乎不亮，二极管依旧亮光（如图3）。

如果用图1电路做断电自感实验，从能量角度分析，储存在线圈L 中的磁场能在S 断开瞬间立即转化为电能释放，并按一定的比例分给1A 、2A 、R 和本身，1A 上获得能量不足以使其亮度明显变化或延迟发光，故人眼观察不到现象。

如果在图1电路中用发光二极管代替小灯泡，在通电自感中，发光延时效果不足以使人眼产生视觉差异。所以在图1电路中置入发光二极管。

二、工作原理电路图、实物图

三、制作材料与方法

塑料泡沫板一块（不用的宣传标语底板）、电位器2只、小灯泡座2个、小灯泡2只、电感线圈1个、开关1个、发光二极管50个，干电池5-6节、导线若干。先在塑料泡沫板表面粘上一层白纸，按图4在白纸上画好电路，仔细扎上发光二极管。再将元件安装连接好（如图5）。

四、实验步骤及图示

1、通电自感：闭合开关S ，调节电位器，使两小灯泡1A 、2A 正常发光，亮度大致相同，支路2D 、4D 发光二级管发光显示出电流方向（如

图6）。断开开关S ，再闭合开关S 瞬间，即可观察到小

灯泡1A 相对小灯泡2A 发光延时现象，同时支路2D 、4

D 发光二级管发光显示出电流方向。可知电流瞬间增大使

电感线圈L 中产生了左正右负的自感电动势阻碍流过

小灯泡1A 电流。 2、断电自感：断开开关S 瞬间，小灯泡1A 、2A 、2D 、4D 熄灭，眼睛观察到支路3

D 图

4 图

6

图5

发光二级管闪亮一下同时显示出电流方向（如图7是

录制的视频中以正常播放速度的十分之一播放，显示

的2D 、1A 、2A 、3D 都在发光）。可知电流瞬间减

小使电感线圈L 中产生了左负右正的自感电动势流过

支路3D 发光二级管并使其闪亮一下。

五、制作创意自评

1、实验教具制作简单，取材方便。

2、把通电、断电自感实验融为一体，实验现象明显，这样学生观察到的现象、亲身经历的活动越多，对物理概念理解、规律的探究越容易。

3、如果实验现象不明显，可现场录制视频，并以正常播放速度的十分之一播放，实验现象非常明显。

参考文献：

1、黄春如.如何在“通电自感”实验中观察到“断电自感”现象.物理教师，2012（1）.

2、李俊丽.自感现象实验的改进与制作.物理通报，2009（4）.

图7