“電感和電容對(duì)交變電流的影響”演示實(shí)驗(yàn)的對(duì)比設(shè)計(jì)

卞龍寶

江蘇省大豐高級(jí)中學(xué) 江蘇鹽城 224100

“電感和電容對(duì)交變電流的影響”演示實(shí)驗(yàn)的對(duì)比設(shè)計(jì)

卞龍寶

江蘇省大豐高級(jí)中學(xué) 江蘇鹽城 224100

新課標(biāo)人教版教材中“電感對(duì)交變電流的影響”的演示實(shí)驗(yàn)如下：如圖1所示，把帶鐵芯線圈L與白熾燈串聯(lián)起來，先把它們接直流電源上，再把它們接到交流電源上，取直流電源的電壓與交流電壓的有效值相等，觀察兩種情況下燈泡的亮度。該實(shí)驗(yàn)實(shí)際演示時(shí)(1)由于要取得與交流電壓有效值相等的直流電壓而使得實(shí)驗(yàn)操作難度大；(2)從最后實(shí)驗(yàn)效果來看兩種情況下燈泡亮度差別明顯、直接；(3)該實(shí)驗(yàn)包括教材后面安排的“電容對(duì)交變電流的影響”演示實(shí)驗(yàn)使用的都是學(xué)生電源，而學(xué)生電源只能提供50Hz這一種頻率的交流電，直接用這些裝置并不能演示后續(xù)的交流電頻率對(duì)感抗及容抗的影響。實(shí)際教學(xué)中,筆者在原實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),突出了直觀性、對(duì)比性,效果非常理想。

圖1

一、采用同步對(duì)比實(shí)驗(yàn)進(jìn)行演示電感和電容對(duì)交變電流的影響

對(duì)于“電感對(duì)交變電流的影響”演示實(shí)驗(yàn)，筆者將原實(shí)驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)成圖2所示電路，不僅操作方便而且增加了實(shí)驗(yàn)對(duì)比度。器材如下：A和B為2個(gè)完全相同的小燈泡(2.5V，3.8W)，R為滑動(dòng)變阻器(最大值50Ω)，S為雙刀雙擲開關(guān)，L為學(xué)生用原副線圈，用學(xué)生電源供電。實(shí)驗(yàn)過程：先接直流6V擋，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R使B和A燈泡亮度相同。然后改接為交流6V擋，對(duì)比A和B燈泡的亮度，會(huì)發(fā)現(xiàn)A燈比B燈暗。以上現(xiàn)象可說明線圈L對(duì)交流電除電阻阻礙外，又產(chǎn)生新的阻礙電流因素感抗。

將實(shí)驗(yàn)裝置中的線圈換成電容器，且將滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值放置為最小，便可用來對(duì)比演示“電容對(duì)交變電流的影響”，效果亦同樣十分明顯。使用該實(shí)驗(yàn)裝置還可以進(jìn)一步演示感抗與自感系數(shù)的關(guān)系、容抗與電容量的關(guān)系，具體方法和過程在這里不再贅述。

圖2

二、用信號(hào)發(fā)生器作為電源演示交流電頻率對(duì)感抗和容抗的影響

對(duì)于感抗與交流電頻率的關(guān)系，可采用如圖3所示的實(shí)驗(yàn)電路來進(jìn)行演示。圖3與圖1所不同的是，學(xué)生電源改換成了J2465型學(xué)生信號(hào)發(fā)生器。此外為了能從聽覺上直觀感知交流電頻率的不同，增加實(shí)驗(yàn)對(duì)比度，電路中添加了一個(gè)J2468型音頻功率放大器。過程如下：連接好電路，先將信號(hào)發(fā)生器置5Hz，調(diào)節(jié)音頻功率放大器使小燈泡較亮，再打開音頻功率放大器的監(jiān)聽功能，此時(shí)可聽到嘯叫聲，然后增加信號(hào)發(fā)生器的頻率(用低頻部分5～50Hz),在聽到嘯叫聲變尖的同時(shí)可看到小燈泡變暗，說明交流電頻率越高，感抗越大。

圖3

將裝置中的線圈換成電容器同樣可通過直觀演示得到容抗與交流電頻率的關(guān)系：交流電頻率越高，容抗越小。圖4、圖5為實(shí)驗(yàn)過程中分別獲得的不同情況下燈泡的明暗情況，實(shí)驗(yàn)對(duì)比效果顯著。

圖4

圖5

2010-09-07

卞龍寶，本科，中教高級(jí)。