通电断电自感现象实验报告.docx
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通电断电自感现象实验报告
通电断电自感现象实验报告
篇一：
自感现象实验板
自感现象实验板
摘要:
借助演示实验进行自感现象的教学,可以使学生通过对自感现象的感知,理解自感产生的条件和原因。
把几种电路元件直观地连接起来,制成自感现象的系列实验演示板,使学生对实物和电路能够一目了然,有利于认识电路原理。
采用对比电路进行实验,能突现出线圈的自感作用。
将通电自感、断电自感等自感现象融合在一起进行实验,简化了实验操作,也使学生能对自感形成一个完整的概念。
关键词:
自感现象实验板实验融合电弧现象
自感现象实验是进行自感现象教学的基础,做好演示实验是学生理解自感现象产生原因及其产生条件的前提。
教材中介绍的自感现象实验方案是将通电自感实验和断电自感实验分别进行的,这种做法可能引起学生一种误解,认为通电自感实验中,断电时没有自感产生;断电自感实验中,通电时也没有自感产生。
自感现象实验板是一种将通电自感、断电自感等自感现象实验融合为一体的实验演示板。
现将其原理介绍如下。
1电路原理
电路原理如图1,其元件的规格和作用如下:
电源部分
篇二：
对一个通电自感现象解释的理论分析
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对一个通电自感现象解释的理论分析
作者：
张友学
来源：
《中学物理·高中》2013年第08期
如图1所示，A、B是两个完全相同的灯泡，L是自感系数较大的线圈，其直流电阻忽略不计.当开关S闭合时，下列说法正确的是
比B先亮，然后A熄灭
比A先亮，然后B逐渐变暗，A逐渐变亮
、B一齐亮，然后A熄灭
、B一齐亮，然后A逐渐变亮，B的亮度不变
解析开关闭合的瞬间，线圈由于自感产生自感电动势，其作用相当于一个电源.这样，对整个回路而言，相当于两个电源共同作用在同一个回路中.两个电源各自独立产生电流，实际上等于两个电流的叠加.根据上述原理可在电路中标出两个电源各自独立产生的电流的方向.图2中（a）、（b）图是两电源独立产生电流的流向图，（c）图是合并在一起的电流流向图.由此可知，在A灯处原电流与感应电流反向，故A灯不能立刻亮起来.在B灯处原电流与感应电流同向，实际电流为两者之和，大于原电流，故B灯比正常发光亮（因为正常发光时的电流就是原电流）.随着自感的减弱，感应电流减弱，A灯的实际电流增大，B灯的实际电流减小，A灯变亮，B灯变暗，直到自感现象消失，两灯以原电流正常发光.应选B.
质疑这是一道考查对自感知识掌握情况的典型练习题.多年来一直编入《三年高考两年模拟》一书中，以上是书中对此的解析.但学生会提出疑问：
在通电自感现象中产生的电动势是反电动势，其方向与实际通过的电流方向相反，阻碍电流的变化，由于该反电动势的存在，消耗电源提供的电能而转化为磁场能，怎么能把
它看成一个电源独立对外供电呢？
释疑为了便于理论分析，我们设A、B灯泡的直流电阻不变，记为R0，电源电动势为E，内阻为r.闭合开关S后，某时刻通过A灯支路的电流为iA，通过B灯支路的电流为iB，于是，根据二支路两端的电压相等有
解此微分方程可得开关闭合后，通过电感线圈的电流随时间变化的规律是
从上述求解结果可知：
篇三：
用一个电路演示通、断电自感现象值得商榷
用同一电路演示通、断电自感现象值得商榷
唐柏忠
（浙江省余姚市第二中学浙江余姚３１５４００）自感现象是一种特殊的电磁感应现象。
自感现象比较抽象，学生对自感现象缺乏感性的认识，为此，教材先通过演示实验来介绍自感现象，然后再分析这一现象，所以这节课的关键在于做好演示实验。
现行高中物理教材通过图１和图２来演示通电和断电自感现象。
为了改善实验效果，许多物理教师提出了不同的改进方法，但采用同一个电路来演示通电和断电自感现象[注]，笔者认为值得商榷。
现以《教学仪器与实验》２００６年第４期夏老师的电路设计为例进行分析。
图１图２图３
一、问题的提出
夏老师采用图３所示的电路进行实验。
采用器材：
A1、A2为规格相同的小灯泡；L为J2423的可拆变压器，用红色的800匝线圈；D1、D2为高亮度发光二极管；E为6V稳压电源。
得到的实验现象及分析：
通电自感现象演示。
调节好电路，接通电路时可以看到，小灯泡A1比发光二极管D1、小灯泡A2滞后发光。
这一过程说明S接通后，在L中产生了感应电动势，感应电动势阻碍L中的电流增大，所以跟L串联的小灯泡A1最后亮。
断电自感现象演示。
断开S，A1、A2、D1立即熄灭，D2闪亮一下。
这一过程说明S断开时，L中电流减小，产生了感应电动势，D2中有感应电流流过，所以D2闪亮一下。
A1和A2中也有较小的感应电流流过，只不过人们的肉眼不易察觉出A1和A2的瞬间闪亮。
“A1和A2的瞬间闪亮”是人们的肉眼不易察觉到，还是A1和A2根本没有闪亮？
笔者认为这种用同一电路来演示通电和断电自感现象值得商议。
自感现象是一种复杂的电磁感应现象，灯泡的电阻、线圈的自感系数和直流电阻等电路参数，都影响着电路中的自感电动势和电流的变化，不可能用同一电路器材来完美地演示通电和断电自感现象两个实验。
二、实验原理
１、通电自感现象
演示通电自感现象的实验电路如图1所示。
当电路接通的瞬间，因A2与R串联的电路是纯电阻电路，可以认为A2的发光与开关S合上是同步的。
但A1与线圈L串联，
线圈中的
电流从无到有时，要产生自感电动势阻碍其电流的增强，使灯泡A1“滞后发光”。
为了便于说明问题，我们用图4所示的电路来分析，在开关接通后的任一时刻，由欧姆定律可得：
E?
Ldi?
idt
R?
RL?
rtL?
E（１）?
di自感电动势eL?
?
L?
?
EedtR?
RL?
rtL
图４图５图6
由式可知，由于线圈的自感作用，电路中的电流i是由0逐渐增大到稳定值
IO?
E，图5为用图象表示电流随时间的变化曲线，这就是通电自感实验中，灯R?
RL?
r
L来衡量自感电路中电流变R?
RL?
r泡A１“滞后发光”的原因。
在电磁学中，通常用?
?
化的快慢程度，称为回路的时间常数或驰豫时间。
可以看出，L越大，R+RＬ+r越小，时间常数就越大，这种“滞后发光”的效应就越显著。
2、断电自感现象
断电自感现象的实验电路如图２所示，当线圈中电流达以稳定时，其值为IO?
E，将开关Ｓ突然断开，这时电路中已经没有外电源，由自感电动势维持电路中的电流，线圈L与灯泡A组成回路，由欧姆定律可得：
?
L
积分，处理后可得：
i?
IOe
自感电动势?
R?
RLtLdi?
ids（２）
diEel?
?
L?
edtRL?
R?
RLtL?
IOe?
R?
RltL（３）
灯泡Ａ上的的感应电压u?
IORe?
R?
RLtL（４）
由式可知，切断电源后，由于电感线圈的存在，电路中的电流是由IO?
E逐渐减小RL
的，图6为用图象表示电流随时间的变化曲线，这就是灯泡A会“延迟发光”的原因。
由于缺少了对比实验，时间上的“延迟发光”用肉眼很难判断，演示的重点放在灯泡的“闪亮”上。
从式可看出，灯泡Ａ上的的感应电压最大值Ｕo＝ＩoＲ，只要Ｒ足够大，灯泡Ａ的感应电压会超过原有电压，就会出现闪亮。
如果从灯泡的电流考虑更为简便，当Ｒ>ＲＬ时，流过线圈L的原电流Ｉo大于灯泡Ａ的电流；当断电自感时，线圈中的电流Ｉo不能突变，此电流会流过小灯泡Ａ慢慢减小，有一小段时间内小灯泡的感应电流大于了原电流，这时小灯泡Ａ就会闪亮。
三、实验器材优化与实验拓展
从上面的实验原理可以看出，在通电自感现象中，为了“滞后发光”的效应显著，尽量使自感系数L大，总电阻R+RＬ+r小。
但L越大,要求线圈匝数多，必然导致RＬ大，所以可以考虑采用小阻值的小灯泡。
综合各种因素，L可采用J2425型可拆变压器中红色的１６００匝的线圈，并加上闭合铁芯增加自感系数，A1、A2采用、的小灯泡，这样的器材组合，在通电实验中可以明显观察到A1比A2“滞后发光”。
在断电自感现象中，为了能观察到闪亮，必须使Ｒ＞ＲＬ，这里要采用直流电阻较小的的线圈，所以选用的线圈导线要粗；另外，考虑到线圈储存的能量W=LＩo/2，与L成正比，所以L值又不能太小。
综合各种因素，可采用变压器中绿色的４００匝的线圈，它的直流电阻仅为5Ω左右。
采用的灯泡电阻要大些，可选用6.２V、的小灯泡。
这样的器材组合，在断电自感中可以明显地观察到小灯泡闪亮后再熄灭。
另外从上面分析也可看出，按图３电路演示断电自感现象时，经过两灯泡的感应电流没有比原电流大，所以A1和A2根本不会出现夏文所说的“闪亮”。
总之，采用同一电路来演示通电和断电自感现象无法做到实验仪器的优化，大大影响了实验效果。
为了使实验结果更直观，可以尝试应用DIS（数字化信息系统）技术来辅助演示实验。
利用电流传感器、数据采集器采集小灯炮的电流信号，并运用计算机系统进行数据处理分析。
如图7和图8分别为用电流传感器采集到的通电和断电自感时通过小灯泡的电流信号。
从显示的图象中可以直观地看出，在通电自感现中，小灯泡的电流慢慢增大。
在断电自感中，小灯泡的电流先反向，然后再慢慢减小；另外，通过小灯泡的电流有一小段时间比原电流更大，所以小灯泡会闪亮一下。
为了增进实验的趣味性，我们还可以让学生直接感受感应电压。
图２中用人体直接替代灯泡，由于选用的线圈直流电阻很小,原线圈中电流相对较大，断开开关，由于自感作用，此电流只能通过人体慢慢减小，这样在人体两端产生的高电压使人感受到电击感。
如果让多人串接在电路中，也能产生同样的效果。
如果改用整流器，加上１２伏电压，可以使全班同学体验到电击感。
另外，如果没有任何旁路，当电键打开时，可以观察到明亮的电火2
图7图8
花。
亨利就是这样发现自感现象的，现在被广泛应用于电子打火技术。
这些有趣的、感性的实验给学生一种奇妙的感觉，引起他们强烈的好奇心，激发他们探索兴趣和求知欲，同时给学生留下深刻的印象。
[注]1、齐国东《自感现象演示实验的改进》《物理通报》2001年第12期
2、夏彪《通断、电自感现象演示实验的改进》《教学仪器与实验》2006年第4期
3、勒广珍《自感现象演示仪的改进》《物理教学》2006年第8期
参考文献：
赵凯华陈熙谋电磁学北京高等教育出版社1985年
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