自感現(xiàn)象演示實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

陳強(qiáng)燕

摘 要：自感是高中物理教學(xué)中一個(gè)非常抽象的基本概念。在課堂教學(xué)中通常要借助演示實(shí)驗(yàn)，但教材中設(shè)計(jì)的通斷電自感演示實(shí)驗(yàn)，教師普遍感覺演示效果不理想，容易使學(xué)生產(chǎn)生一些似是而非的觀念。筆者對(duì)自感演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)，期望達(dá)到較好的效果。

關(guān)鍵詞：自感；演示實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2018）4-0054-2

1 教材中的自感現(xiàn)象演示實(shí)驗(yàn)

教材中通電、斷電自感采用兩個(gè)相互獨(dú)立的電路。通電自感演示電路（如圖1所示） ：①A1、A2 使用規(guī)格完全一樣的燈泡。②閉合電鍵S，調(diào)節(jié)變阻器 R 和 R1，使A1、A2亮度相同且正常發(fā)光。③然后斷開開關(guān)S。④重新閉合S，觀察到燈泡A2立刻正常發(fā)光，跟線圈L串聯(lián)的燈泡A1逐漸亮起來(lái)。斷電自感演示電路（如圖2所示）：接通電路，待燈泡A正常發(fā)光。然后斷開S，觀察到S斷開時(shí)，A燈突然閃亮一下才熄滅。

教材中的演示實(shí)驗(yàn)難以給學(xué)生帶來(lái)直觀的體驗(yàn)，容易使學(xué)生產(chǎn)生一些似是而非的錯(cuò)覺。通斷電自感演示不在同一電路中進(jìn)行，容易使學(xué)生產(chǎn)生通斷電自感相互割裂的印象，使學(xué)生誤以為電路中電流增加而后又減小的過程只存在于一個(gè)現(xiàn)象中；斷電自感演示實(shí)驗(yàn)中燈泡閃亮一下再逐漸熄滅，容易使學(xué)生產(chǎn)生斷電瞬間線圈中電流突然增加一下的錯(cuò)覺；在斷電自感實(shí)驗(yàn)中，無(wú)法直觀感受到燈泡A中電流方向的變化；這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都無(wú)法直觀顯示自感電動(dòng)勢(shì)的方向，而學(xué)生對(duì)此恰恰是模糊不清的?？梢姡@種演示方式無(wú)法達(dá)到突破自感教學(xué)難點(diǎn)的目的。鑒于這種情況，很多教師對(duì)自感演示實(shí)驗(yàn)做了進(jìn)一步的改進(jìn)，具有代表性的自感演示電路如圖3所示。

接通電鍵時(shí)，D3立即發(fā)亮，D1緩慢發(fā)亮，經(jīng)過一短暫時(shí)間后達(dá)到最亮，D2不亮（反向截止）。斷開時(shí)，D3立即熄滅，D2立即發(fā)亮，和D1同步變化，均逐漸變暗，經(jīng)過一短暫時(shí)間后熄滅。

雖然改進(jìn)后的演示電路相對(duì)老的演示電路優(yōu)勢(shì)明顯：一個(gè)電路演示通斷電自感；能夠比較直觀地觀察到電流和自感電動(dòng)勢(shì)的方向。但是，由于采用二極管這種特殊的電學(xué)元件，給學(xué)生的理解帶來(lái)了一定思維障礙。

2 多功能自感演示電路的設(shè)計(jì)

筆者結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐，自制了一種多功能自感演示電路（圖4），采用靈敏電流計(jì)作為顯示元件。其中，主要元件有靈敏電流計(jì)G1、G2（電流從左接線柱進(jìn)入指針左偏，電流從右接線柱進(jìn)入指針右偏），自感線圈L ， 滑動(dòng)變阻器電阻R、R1， 電源（1.5 V）和電鍵K。閉合電鍵時(shí)，G2的表針立即向右偏轉(zhuǎn)到最大，G1的表針向右緩慢增大到最大值。這一現(xiàn)象說明了電流是從左向右的，線圈中產(chǎn)生了阻礙電流立即增加的自感電動(dòng)勢(shì)（方向與原電流方向相反）。當(dāng)斷開電鍵時(shí)，G1表針緩慢回零，G2表針先跳到反向（向左）最大，再與G1表針等幅、反向、同時(shí)緩慢回零。這一現(xiàn)象表明自感電動(dòng)勢(shì)使回路產(chǎn)生沿L—G1—G2—R—L流向的電流，并從穩(wěn)定值減小到零，線圈中產(chǎn)生了阻礙電流立即減小的自感電動(dòng)勢(shì)（方向與原電流方向相同）。

這種創(chuàng)新自感演示電路，裝置簡(jiǎn)單，易于操作，現(xiàn)象明顯，能快速導(dǎo)入新課，與教材演示電路乃至改進(jìn)后的演示電路相比優(yōu)點(diǎn)明顯：一個(gè)電路演示通斷電自感現(xiàn)象，消除了舊演示電路對(duì)自感現(xiàn)象造成的誤解；通電后兩表針達(dá)到最大值的時(shí)間差大，學(xué)生能充分體驗(yàn)自感電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流增大的阻礙作用，斷電自感電流持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，G2表針反跳幅度大，不會(huì)形成表針反跳是由于慣性造成的錯(cuò)覺，這有利于啟發(fā)學(xué)生對(duì)自感現(xiàn)象中能量轉(zhuǎn)化的思考；電表表針擺角與電流大小成正比，能直觀反映電流的大小和變化；表針的擺向能直觀反映電流的方向，能使學(xué)生進(jìn)一步鞏固、加深對(duì)楞次定律的理解，能鮮明地揭示自感現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是磁場(chǎng)的變化；避免使用學(xué)生存在思維障礙的抽象元件二極管導(dǎo)致的注意力分散，使學(xué)生把注意力集中到自感現(xiàn)象本身上來(lái)。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡東芳，孫軍業(yè).困惑及其超越——解讀創(chuàng)新教育[M] .福州：福建教育出版社，2001.

[2]劉德華. 觸動(dòng)課堂教學(xué)的靈魂——物理活動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì)的幾個(gè)原則[J].物理教學(xué)探討，2013，31（9）：12-13.

[3]邱紅. 初中物理探究式教學(xué)中有效理答的幾點(diǎn)措施[J].物理教學(xué)探討，2015，33（12）：21-23.