改进自感应演示实验.doc

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1、改进自感应演示实验（该文章发表于《无线电》杂志1999年第5期）陈世银电感线圈L通过电流时，电流就会产生磁场，就会有磁力线穿链着线圈。当电流发生变化时，穿过线圈的磁力线也随着发生变化。根据法拉第电磁感应定律，穿过回路的磁力线的一切变化，都将在回路中引起感应电动势。这种由于线圈自身电流的变化，又在线圈自身一起感应电动势的现象，称自感现象。在中学物理课的教学中，为了直观形象地说明自感应现象，大多采用图1和图2的演示实验。图1中，HL1与HL2是两个功率相同的白炽灯泡，合上开关SA1，调节RP1，使电阻支路的电流IR与电感支路的电流IL相等，即稳定状态下，HL1与HL2亮度相同。在演示时，

2、按下开关SA1，在接通电源的瞬间，HL2立即发光，而HL1与电感L串联，由于通过电感的电流从无到有发生了急骤的变化，L中将会产生自感电动势对抗电流的增加，因此电流过HL1的电流不可能立刻达到稳定值，所以HL1逐渐变亮，过一会儿才与灯泡HL2亮度相同。图2中，按下开关SA2，灯泡HI3立即稳定发光，当开关SA2突然断开时，将会看到HL3猛然一亮，然后由亮变暗逐渐熄灭。这个演示说明，切断电感回路的电流时,电流从有到无急聚的变化,L中将产生自感电动势对抗电流的减小，于是将有自感电流iL流过HL3,iL的起始值很大，所以HL3猛然一亮,随着iL的减小，HL3由亮变暗逐渐熄灭。笔者在长期的教学

3、实践中发现，在进行上述演示实验时，效果不够理想。在图1的实验中，由于电感线圈L的电感量较大，线圈的直流电阻也较大，所以电感支路的时间常数较小，HL1由暗变亮的过渡过程较短。根据实验观察和理论计算，HL1和HL2正常发光的时间差仅为0.21~0.27s，在课堂上学生看得很不清楚。在图2的实验中，接通的SA2突然断开的瞬间，由于电感线圈L产生的自感电动势很大，通过HL3的起始电流远远超过它的额定电流，所以HL3既易烧毁，往往实验不能成功。针对以上实验电路暴露出来的缺陷，笔者在实践中提供了改进的实验电路，如图3和图4所示。图3是电流增加对自感现象的演示实验电路。实验时，闭合SA4,将双投按

4、键开关SA3掷于11´或22´，调节RP3和RP4，使两个演示电流计的指示数相等，取值为100mA，再断开SA4。按动SA3使SA3换位，接着闭合SA4。此刻，演示电流计A2的指针约经3.5s稳定在100mA的刻度位置，而A1则需要经4.8s才能停在100mA刻度位置，两支路的时间差为1.3s，同学们很容易看清楚电流增加的自感现象。需要注意的是，每做一次演示，都要按动SA3进行换位，以消除电感铁心的剩磁，保持线圈电感量不变。图4是电流减小时自感应现象的演示实验电路。实验时，先闭合SA5，尔后再断开SA5，可清楚地观察到氖灯N强烈地闪光一次。氖灯的起辉电压为50V，电流仅几微安。本实验

5、因电感量大，即使通过L的电流只有1µA，断开电源瞬间也不会产生150V以上的自感电动势，足以使氖灯起辉点燃，而不会燃烧。演示实验所需的器材很简单，电感线圈L可选用J2423型实验用电感器；SA3为两位按键开关；SA4、SA5为普通按钮开关；RP3、RP4为WX110-1W、100Ω电位器；A1、A2使实验室的演示电流计；GB3、GB4为6V电源；N为普通指示氖灯。