自感演示仪设计与制作的一点想法

自感演示仪设计与制作的一点想法

黄灿晖

黄灿晖福建省南安市第三中学362305

一、引言

物理学是以实验为基础的一门学科。成功的实验教学需要有合适恰当的物理教具。由于各种原因，目前许多中学由于经费问题无法购置充足的教学仪器来满足物理实验教学的需要，进而影响到物理课堂教学效果和教学质量。因此长期以来，处于教育一线的物理老师，因地制宜地将自制教具投入到教学过程中，取得了较好的效果。由于现实条件的限制以及缺乏必要的理论指导，物理教具设计和制作还存在着一定的困难。学习和研究中学物理教具的设计和制作，显得尤为重要。本文以高中物理选修3.2的自感演示仪为例,谈谈设计和制作自感演示仪的一些新的看法。

二、自感演示器的设计与制作

1.自感演示仪的设计。

在高中《物理》选修3.2“自感现象”一节的教学中，为达到使学生充分理解、掌握相关知识的教学目的，做好自感现象演示实验至关重要。自感现象在非稳恒电路中有着重要意义，电磁感应现象与交流电、电磁振荡等知识密切相关，也是电磁学和电工学的基础，所以本节在整个电磁学知识体系中有非常重要的作用。但是大部分学生对自感的原因以及断电自感现象中灯泡突然闪亮一下的原因并不知晓，在学习过程中也出现了许多困难。自感教学也是中学物理教学中的一大难点。因此，本教具的制作目的就是通过现象的直观演示，形象地向学生展示自感过程，并具体分析在现实生活中有关自感的现象。

通电自感：实验电路如图1所示。现象：闭合开关S，灯泡A2立即正常发光，而A1逐渐亮起，稳定后两灯泡亮度相同。

断电自感：实验电路如图2所示。现象：闭合开关S，在灯泡A正常发光时，断开开关S，灯泡A并不立即熄灭，而是很亮地闪一下后才熄灭。

根据中学物理教学中学生面临的具体问题，我设计了自感演示仪的制作方案，其结构示意图如图2.1所示，希望通过直观的演示，能够引导学生对自感现象进行分析，使他们比较轻松地理解掌握自感现象的实质，达到教学目的。

2.自感演示仪的制作。

主要材料：灯泡A1及A2选用“2.5V0.3A”，工作时换算电阻为8Ω；线圈L选用CB－50－15型输出变压器，取0—250Ω的两个接头，直流电阻为6Ω；可变电阻器取值10Ω；LED发光二极管；学生电源选2V档。

（1）底座、演示板的制作。选择有一定厚度的有机玻璃板进行裁切，打磨规则后装订成长54cm的演示板。在演示板底部两边用三氯甲烷粘住四个三角形形状的有机板，以此固定整个演示器。

（2）灯泡、自感元件、开关、滑动变阻器的固定。在指定的位置，打出两个小孔，接着用旋转螺丝将自感元件定在演示底板上。在演示底板上打孔，孔的大小刚好与小开关吻合，这样就能够将开关刚刚好地旋转进去，以此固定(如图2.2)。并根据电路图2.1连接电路，滑动变阻器也是用旋转螺丝固定。在演示底板上打孔，孔的大小刚好与灯泡底座吻合，这样就能够将小灯泡刚刚好地旋转进去，以此固定(如图2.3)。灯泡、自感元件、开关、滑动变阻器这几者都是按照通电自感和断电自感用导线连在一起。

（3）测试。对于通电自感电路，当接通开并K时，没有跟带线圈的铁心串联的小灯泡立刻发光，跟带线圈的铁心串联的小灯泡稍后发光。对于断电自感电路，当断开开关K时，灯泡突然更亮，并持续一些时间才熄灭。

（4）包装。在相对安装元件的演示底板的另一面，用红色纸条贴上如图所示的电路图，这样更适合教学，学生更容易理解，能够与课本中的电路图相互呼应（如图2.5所示）。

3.自感演示仪的使用。

第一个实验要求开关K接通时灯泡A2立刻发光，而跟铁心的线圈L串联的灯泡A1后亮。

第二个实验要求开关K接通时，发光二极管正常发光；再断开电路时，发光二极管再过一会儿才熄灭。

4.自感演示仪的使用注意事项。

首先，灯泡应该适当选择，否则极易烧毁。其次，实验前应保证导线接触良好，否则电路不通，小灯泡不发光。最后，实验前检查电池电量，避免课堂演示过程中因电池电量不足造成实验现象不明显，影响课堂教学。演示结束后应卸下电池。

5.自感演示仪的创新处。

制作自感演示仪时，一定要考虑到断电自感中小灯泡两端的电压一定要小于其额定电压，因为自感产生电压会比原先的电压大许多，这样容易将小灯泡烧坏。另外，如果一直是额定电压的话，小灯泡在线圈自感前和自感后都很亮，这样得不出对比结果。刚开始是用普通的小灯泡，但普通小灯泡发光时间极短，而且极易烧坏。在询问了指导老师之后，采用了LED发光二极管来代替灯泡，优点表现在：（1）LED发光二极管灵敏度高，较小的电流通过都能发光，发光的时间也较长。（2）灯泡在自感前后电流的方向是相反的，用普通的小灯泡无法体现出来，但是用LED发光二极管就不一样了，正向电流发红光，反向电流发绿光，可以体现电流方向。