精品文檔-下載后可編輯基于Dislab的自感現(xiàn)象演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)高中物理教材中關(guān)于通電，斷電自感現(xiàn)象的演示實(shí)驗(yàn)如圖1、圖2所示.演示通電自感現(xiàn)象時，將圖1中的電鍵閉合，調(diào)節(jié)可變電阻R使燈泡A1和A2的亮度相同.斷開電鍵，再閉合電鍵，燈泡A1馬上變亮，燈泡A2慢慢變亮，說明線圈L對電流的增加有阻礙作用.演示斷電自感時，將圖2中的電鍵由閉合狀態(tài)斷開，燈泡A在熄滅前的一瞬間閃一下，說明有感應(yīng)電流產(chǎn)生.該實(shí)驗(yàn)的不足之處是斷電時自感線圈對電流變化的阻礙作用不能直接觀察到，影響到教學(xué)效果.甚至有學(xué)生提出疑問，為什么不直接用圖1的裝置來做斷電自感實(shí)驗(yàn).

1理論分析

令燈泡的電阻為R′，自感線圈的電感為L，直流電阻為RL，滑動變阻器的電阻為R.用圖2中的裝置做斷電自感實(shí)驗(yàn)時，根據(jù)基爾霍夫第二定律

-LdIdt=I（RL+R′），

在初始條件I0=ERL條件下解得方程的解為

I=ERLe-RL+R′Lt，

由解析式可以看出，開關(guān)斷開瞬間電流由I0=ERL呈指數(shù)衰減.由于電流衰減太快，很難直接觀察到燈泡逐漸熄滅的過程.如果用圖1的裝置來觀察斷電自感現(xiàn)象，同理可以寫出初始條件I0=ERL+R′條件下，電流衰減的解析式為

I=ERL+R′e-RL+R+2R′Lt，

可以看出電流的衰減更快.燈泡的發(fā)光亮度跟燈絲的溫度有關(guān).即使?jié)M足初始條件RL

2實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

由理論分析可知，斷電時不能直接觀察到電流的衰減過程的原因是因?yàn)殡娏魉p太快.而Dis實(shí)驗(yàn)相對于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)最大的優(yōu)勢是數(shù)據(jù)的采集和處理非常方便.郎威Dislab提供的電流傳感器最大采集頻率可以達(dá)到1000Hz，如果利用電流傳感器對電流變化過程進(jìn)行觀察，那么實(shí)驗(yàn)中存在的問題就迎刃而解了.在教學(xué)過程中筆者利用郎威Dislab結(jié)合原有實(shí)驗(yàn)裝置，對通，斷電自感現(xiàn)象進(jìn)行探究，取得了很好的教學(xué)效果.實(shí)驗(yàn)裝置如圖3、圖4所示，在原來的兩個支路中串聯(lián)電路傳感器（圖中用電流表符號表示），I1，I2，分別表示每個支路的電流.運(yùn)用Dis中的通用軟件觀察I1，I2的變化圖象.

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1圖3裝置中的通，斷電自感現(xiàn)象

通電時的電流變化如圖5所示：I2馬上達(dá)到最大值，I1增大到最大值的時間約為0.3s.所以自感線圈L阻礙了電流的增大.

斷電時的電流變化如圖6所示：I1逐漸減小，延續(xù)時間約為0.2s.I2瞬間減小為零，然后有反方向的感應(yīng)電流通過.說明了電流減小時線圈L阻礙了電流I1的減小.

3.2圖4實(shí)驗(yàn)裝置中的斷電自感現(xiàn)象

當(dāng)開關(guān)S斷開時是I1和I2變化的I-t圖象如圖7所示：I1逐漸減小，持續(xù)時間約為0.22s；I2突然減小為零，然后有反方向的感應(yīng)電流通過，并且斷開后有很短一段時間I2的值比斷開前要大.說明自感線圈L對電流I1的減小有阻礙作用.

總結(jié)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中沒有觀察到燈泡斷電時逐漸變暗的過程是因?yàn)殡娏魉p太快.將DIS與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)整合，使師生從數(shù)據(jù)讀取，記錄，公式運(yùn)算和圖線描繪等繁瑣的勞動中解放出來；對物理現(xiàn)象和物理規(guī)律進(jìn)行深入的分析和討論.電流傳感器的最大采集頻率可以達(dá)到1000Hz，可以自感現(xiàn)象中電流的變化