黃萍萍　向得精　劉宏　羅鼎為　陳曉莉

【摘要】開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，自感線圈中的電流不能突變，設(shè)計(jì)合理裝置，利用能量轉(zhuǎn)化，將自感線圈中儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化為熱能，測(cè)量熱能，得到自感線圈中儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量，通過(guò)電流表測(cè)量待測(cè)線圈電流大小，再結(jié)合公式，測(cè)量線圈的自感系數(shù)。

【關(guān)鍵詞】線圈 自感系數(shù) 測(cè)量

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）03-0182-01

線圈的自感是高中物理選修3-2中的重點(diǎn)內(nèi)容，可每當(dāng)教師講到線圈的自感系數(shù)時(shí)，學(xué)生總感覺(jué)不夠形象具體。在教材中也僅僅簡(jiǎn)單提出自感系數(shù)與線圈的大小、形狀、圈數(shù)及是否有鐵芯等因素有關(guān)，這不利于鍛煉學(xué)生的感性思維。傳統(tǒng)測(cè)量電感的自感系數(shù)是用交流電橋，它存在平衡點(diǎn)較難找，并且在空間雜散信號(hào)干擾下很容易產(chǎn)生誤差等問(wèn)題；同時(shí)，交流電橋結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高。筆者借“測(cè)量線圈自感系數(shù)的新型裝置”， 快速且更加準(zhǔn)確地測(cè)量線圈的自感系數(shù)。新型實(shí)驗(yàn)裝置如圖1。

一、裝置制作

1.主要制作材料

電源1個(gè)、開(kāi)關(guān)1個(gè)、待測(cè)線圈1個(gè)、滑動(dòng)變阻器1個(gè)、電流表1個(gè)、理想二極管1個(gè)、用電阻絲做成的電阻器1個(gè)、試管1支、三通管1個(gè)、注射器筒1個(gè)、活塞1個(gè)、閥門(mén)1個(gè)、毛細(xì)管1個(gè)、有色液注1滴、刻度尺1個(gè)、導(dǎo)線若干。

2.制作步驟及相應(yīng)介紹

（1）制作教具左端的電路裝置

①制作第一串聯(lián)回路

直流電源需電壓可調(diào)，與開(kāi)關(guān)，待測(cè)線圈、滑動(dòng)變阻器、電流表通過(guò)導(dǎo)線相連，構(gòu)成第一串聯(lián)回路。

②制作第二串聯(lián)回路

用電阻絲做成的電阻器，與直流電源，開(kāi)關(guān)，理想二極管，電流表、滑動(dòng)變阻器相連構(gòu)成第二串聯(lián)回路。

③制作第三串聯(lián)回路

將電阻絲與待測(cè)線圈，理想二極管相連構(gòu)成第三串聯(lián)回路。

（2）添加試管

將用電阻絲做成的電阻器放入試管內(nèi)。

（3）制作教具右端的測(cè)量裝置

①使活塞位于注射器筒內(nèi)，調(diào)節(jié)壓強(qiáng)使毛細(xì)管中的有色液柱處于0刻度位置，再通過(guò)關(guān)閉閥門(mén)使兩邊氣體隔絕。

②用三通管用來(lái)連接封閉試管，注射器筒及毛細(xì)管，四者皆為絕熱的。毛細(xì)管上固定有刻度尺，可以比較精確地測(cè)量有色液柱移動(dòng)的距離。

（4）連接電路裝置和測(cè)量裝置。

二、裝置原理與應(yīng)用

1.裝置原理

開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，自感線圈中的電流不能突變，設(shè)計(jì)合理裝置，利用能量轉(zhuǎn)化，將自感線圈中儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化為熱能，間接測(cè)量線圈的自感系數(shù)。

2.裝置應(yīng)用

（1）閉合開(kāi)關(guān)，直流電源與開(kāi)關(guān)，待測(cè)線圈、滑動(dòng)變阻器、電流表構(gòu)成的第一串聯(lián)回路接通，電流漸趨于穩(wěn)定。線圈中將儲(chǔ)存能量

（2）利用活塞調(diào)節(jié)壓強(qiáng)，使毛細(xì)管中的有色液柱處于0刻度位置，關(guān)閉閥門(mén)10使兩邊氣體隔絕。

（3）斷開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，由于自感線圈中的電流不能突變，它將充當(dāng)電源與理想二極管、電阻2串聯(lián)，構(gòu)成回路。此時(shí)線圈中儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量釋放，原來(lái)線圈中儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化為在待測(cè)線圈內(nèi)阻和電阻絲上放出的熱量。

（4）調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電路中的電流改變，再次利用活塞調(diào)節(jié)壓強(qiáng)，使毛細(xì)管中的有色液柱處于0刻度位置，關(guān)閉閥門(mén)使兩邊氣體隔絕。這時(shí)，毛細(xì)管中有色液柱移動(dòng)的距離△x也將改變，但L不變，證明在一定條件下，自感系數(shù)與線圈中所通電流大小無(wú)關(guān)。

（5）在電阻絲及其它影響因素不變的情況下，改變待測(cè)線圈的大小，形狀，圈數(shù)以及向線圈內(nèi)放入鐵芯，控制變量，可得出自感系數(shù)與線圈大小、形狀、圈數(shù)及是否有鐵芯等因素有關(guān)。

（6）綜合上述，該裝置不僅可定量測(cè)量線圈的自感系數(shù)，還可以驗(yàn)證自感系數(shù)與線圈中所通電流大小無(wú)關(guān)，與線圈大小、形狀、圈數(shù)及是否有鐵芯等因素有關(guān)。

三、新型實(shí)驗(yàn)裝置優(yōu)點(diǎn)

（1）該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，且造價(jià)低。

（2）較傳統(tǒng)裝置，更加快速且準(zhǔn)確地測(cè)量線圈的自感系數(shù)。

（3）所用原理比較簡(jiǎn)單，學(xué)生容易理解，同時(shí)可以指導(dǎo)學(xué)生自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行計(jì)算，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和科學(xué)探究精神。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙凱華. 電感系數(shù)的定義問(wèn)題[J]. 大學(xué)物理，2001，20（2）.

[2]葛宇宏，葛志利. 有限長(zhǎng)多層直螺線管的自感系數(shù)[J]. 大學(xué)物理，2010，29（7）.endprint