第３３卷第１期 ２０１２正 物 理教师 ＰＨＹＳＩＣＳ ＴＥＡＣＨＥＲ Ｖ０１．３３ Ｎｏ．１ （２Ｏ１２）
物理实验·
如何 在“通电自感’’实验中观察 到“
黄春如
（江西省樟树第三中学，江西樟树３３１２００）
本刊２０１１年第９期刊登了《为何在“通电自感”实验 中观察不到“断电自感”现象》一文．指出在使用“Ｊ２４４６自
感现象演示器”左侧的器材做通电自感实验时，延时效果
比较明显，但用它做断电自感实验时，却观察不到灯泡闪 亮的现象，使得断电自感现象只能独立地使用示教板右侧
的器材来演示． 我们在教学的过程中使用该示教板演示时，学生也提
出了上述同样的问题：为何示教板左侧装置断电时电流也
发生了改变，却不能象示教板右侧装置那样观察到断电自
感现象的发生？围绕着学生的问题，我们从通断电自感装
置的异同上找原因，引导学生从理论上去分析，理论指导
实践寻找突破口，通过实验验证来破除学生心中的疑惑．
该文在现象分析中指出：从能量的角度来看，存储在
Ｌ中的磁场能在ｓ断开后转变成电能释放出来后按一定 比例分配给Ａ。、Ａ 、Ｒ和Ｌ，Ａ 上获得的能量不足以使其
亮度有肉眼可见的明显变化．文章从理论和实验的角度分
析了问题产生的原因，但没有提出解决的办法．怎样才能
用这套装置在断电时也看到自感现象呢？为了解决这一
问题，在原有实验装置的基础上，我们加入了ＬＥＤ来改进
实验方案，收到了很好的效果．
ＬＥＤ是“发光二极管”（１ｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）的英文缩写，
它既能发光又具有单向导电性，工作电压一般为２～
５ Ｖ之间．它相对传统的灯泡具有：能耗低、光效高、寿命长 等一系列优点，由于其节能环保因而逐步替代了传统灯泡．
１观察断电自感的实验方案
方案１：将图１实验器材中的Ａ 用反向并接的ＬＥＤａ、
ＬＥＤｂ替代，如图２．通电自感实验中，当开关Ｓ闭合瞬间，
能明显发现Ａｚ比ＬＥＤａ迟亮一会儿；待正常发光后，再断
开开关Ｓ，此时可观察到反向连接的ＬＥＤｂ能闪亮一下再
熄灭，这就是断电自感所显现的效果．
静Ｒ 姥
图１ 图２
方案２：在图２的基础上，将Ａ 用ＬＥＤｃ替代，如图３．
通电自感实验中，当开关Ｓ闭合瞬间，发现ＬＥＤｃ与ＬＥＤａ
几乎同时亮；待正常发光后，再断开开关ｓ，此时可观察到
反向连接的ＬＥＤｂ能闪亮一下再熄灭，同样能观察到断电
自感所显现的效果． 上述方案各有优缺点，图２中通电瞬间虽能明显地观察 断电自感’’现象
到 比ＬＥＤｃ迟亮一会儿的现象，一
方面是自感现象作用的结果．另一方
面在于灯泡 和ＬＥＤ通电时的发光 机理不同，亮度响应速度存在差异，钨
丝灯泡通电发光的响应速度较ＬＥＤ
要慢一些．由于ＬＥＤ通电响应速度 快，受电流变化的影响小，因而在图３ 图３
中观察不到通电自感现象．图２中由 于产生现象原因的不唯一，使得通过现象立即形成结论就有
点牵强．为了验证自感的因素占优势还是响应速度差异的因 素占优势？此时可用滑动变阻器调整成等阻值的电阻取代线
圈Ｌ，再进行对比实验，可以发现：现象的结果还是自感的因素
占优．尽管通电自感现象有上述一些原因，但在图２、图３实验
中，断电自感现象都能明显观察到．在实际的教学中，把图１、 图２、图３实验方案结合起来使用，观察实验现象并逐步深入
分析，可使学生形成正确的结论，消除心中的疑惑．
２将通、断电自感融为一体的实验方案 如图４，电源Ｅ采用３～６ Ｖ干电池，Ａ为０～０．６ Ａ直
流电流表，Ｒ为０～５Ｏ Ｑ滑动变阻器，线圈用线径约０．５
ｍｍ的漆包线在直径为２～２．５ ｃｍ的ＰＶＣ管上绕１００圈 左右．铁芯用废旧彩电行磁芯，ＬＥＤ１、ＬＥＤ２用小型高亮度
管或从废旧游戏机上拆用并刻上符号．
图４
实验步骤：闭合开关ｓ，调整滑动变阻器的阻值，使电
流在０．３ Ａ左右且与ａｂ连接的ＬＥＤ１、ＬＥＤ２均不亮，此时
ＬＥＤ１虽与电源正向连接，但与之并联的线圈电阻很小，其 两端的电压不足以点亮ＬＥＤ１．之后反复通断开关Ｓ，使ａｂ
线圈中的电流通断变化（自感产生的条件），可发现ＬＥＤ１、
ＬＥＤ２交替闪亮． ‘ 原因分析：图５为开关Ｓ通、断变化时，线圈中产生的
自感电动势及其等效电路．由图可知：ｓ接通瞬间，线圈中
的电流增大，由法拉第电磁感应定律及楞次定律可知，线 圈中将产生下正上负的感应电动势，阻碍电流的变化，正
是由于这一变化，使得ＬＥＤ１两端的电压升高，因而从静
态态时的不亮到接通瞬间的闪亮．同理可分析出开关ｓ断 开瞬间，线圈中产生出上正下负的自感电动势，使静态时不
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— Ｖｏ１．３３ Ｎｏ．１ （２Ｏ１２） 物 理 教 师 ＰＨＹＳＩＣＳ ＴＥＡＣＨＥＲ 第３３卷第１期 ２０１２矩
用传感器演示摩擦力的实验研究
马述刚
（新疆乌鲁木齐市第二十中学８３０００１）
人教版新课程高中物理必修１课本第３章《相互作
用》的第３节摩擦力，是高中物理教学的重点和难点．其中
静摩擦力是被动力，它的大小随外力的变化而变化，具有 应变的特点，是学生理解的难点之一．要突破这个难点最 好借助演示实验，为此，本人结合自己的教学实践设计制
作了一套摩擦力的演示仪．它不仅可以演示和摩擦力相关
的一系列问题，还可以借助力传感器和计算机将摩擦力的 变化形象直观地演示出灵，现介绍如下．
１器材准备
带有定滑轮的长木板１块，演示弹簧称１个，小桶一
个，沙子（或食盐）若干，小车和小滑块１个，钩码若干
（５０ｇ），天平１台，方木块２块（１４０ ｃｍＸ ５０ ｃｍ），铁棒２个；
力传感器１套，计算机１台．
２制作过程
如图１所示，将两块木板用钉子连接固定好作好底座
和背板．把两根铁棒固定在背板上，间距为ｌｍ．将带有定
滑轮的长木板用４根细线系牢并悬挂在两个铁棒上，使滑
板平面水平．把钩码和小滑块用细线连接并绕过定滑轮．
弹簧秤水平固定在背板上，并使其水平钩在滑板右面．
图１
３演示内容
３．１演示摩擦力的相互性
将各部分如图安装好，在细绳下端挂一个钩码，使滑 块和滑板间不发生相对运动．我们看到右边拉着滑板的弹 簧秤有读数，并且读数和钩码的总重力相等．根据平衡条
件可知，滑板对小滑块的静摩擦力大小等于钩码的重力， 其方向向右．小滑块对滑板的摩擦力大小等于弹簧秤对滑
板的拉力，其方向向左．此现象说明滑块与滑板之间相互
作用的摩擦力大小相等、方向相反．
３．２演示静摩擦力的大小的变化
将钩码取下，换成小桶．在小桶中加入少量的沙子，小
滑块没有滑动，说明它受到的静摩擦力与细线对它的拉力
平衡；根据二力平衡，传感器一端显示的拉力大小等于这
个静摩擦力．慢慢增加小桶中的沙子，可以在计算机上看
到，静摩擦力在慢慢增大．这说明静摩擦力大小随着沿接
触面切线方向的外力增大而增大． ３．３演示最大静摩力与滑动摩擦力的关系
在前面实验的基础上，如果不断地增加沙子，当增到
定数值后，小滑块开始滑动了，滑块刚好滑动的瞬间拉
力的大小就等于最大静摩擦力．当滑块滑动时，这个拉力 值又减小了．说明滑动摩擦力小于最大静摩擦力．这个变
化过程通过传感器可以直观在计算机上显示出来．
３．４演示滑动摩擦力并测定动摩擦因数
在小桶中加入适量沙子，使滑块在木板上匀速滑动，
说明滑动摩擦力与拉力平衡．如果再往小桶中增加沙子，
滑块加速滑动，但此时传感器显示拉力大小不变，说明滑 动摩擦力不随切线方向的外力变化而变化．用天平称出小 滑块的质量，算得总重力大小等于它对木板的压力，还可
以计算出动摩擦因数．
该演示仪的特点是：选材容易，制作简单，演示操作容
易，现象直观明显，可以演示有关摩擦力的内容较多． （收稿日期：２０１ｌ—Ｏ７—２８）
亮的ＬＥＤ２在断开瞬间闪亮．因而出现ｓ通、断变化时
ＬＥＤ１、ＬＥＤ２交替闪亮的结果．
图５开关通、断瞬闻的等效电路
这一设计方案，还有利于学生亲身感受变化的电流一
（产生）变化的磁场一（产生）感应电动势，使得电磁感应教
３０一 学中的理论分析在实际操作中得到体验．操作方法如下：
在开关ｓ闭合时，ＬＥＤ１、ＬＥＤ２皆不亮，此时用手轻提磁芯
的上半部分，可将磁芯整体提离桌面．这是因为，线圈通电 产生的磁场使磁芯磁化，磁芯上下之问具有吸引力所致．
当断开开关ｓ时，电流减小导致磁场减弱，磁芯间的吸引力
力减小，下半部分与上半部分分离，跌落到桌面．开关通、
断变化，引起电流变化，磁场必然变化，因而产生感应电动 势，导致ＬＥＤ１、ＬＥＤ２交替闪亮． 上述实验方案从问题出发，层层递进，使学生在知识的
学习中能更好地经历过程、体会方法，达到从亲身体验中去
理解和掌握知识．符合新课程的教学目标要求．且材料简单
易得，便于学生动手操作． （收稿日期：２０１１一Ｏ９—１６）
如何在“通电自感”实验中观察到“断电自感”现象
作者：黄春如作者单位：江西省樟树第三中学,江西樟树,331200刊名：物理教师英文刊名：Physics Teacher年，卷(期)：2012(1)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_wuljs201201016.aspx
