謝博麗

摘 要：為提高斷電自感實(shí)驗(yàn)“閃亮一下后再熄滅”現(xiàn)象的清晰度、可見度、可信度，對(duì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)電路，增加等效對(duì)比;改變光路，增加承接閃光的屏幕;使實(shí)驗(yàn)效果明顯提高。

關(guān)鍵詞：燈泡閃亮;實(shí)驗(yàn)改進(jìn);物理

自感在高中物理教學(xué)中即是重點(diǎn)又是難點(diǎn)。做好斷電自感演示實(shí)驗(yàn)是幫助學(xué)生突破這一難點(diǎn)的關(guān)鍵，但在教學(xué)演示中，學(xué)生通常自己不能發(fā)現(xiàn)燈泡“閃亮一下再熄滅”的現(xiàn)象，需要經(jīng)教師提示后且反復(fù)觀察才能勉強(qiáng)接受。這與核心素養(yǎng)要求相悖。為此，需要找到一組最佳匹配儀器使燈泡“閃亮一下后再熄滅”的現(xiàn)象更清晰、更有說服力、可見度更高，提升教學(xué)效果。

一、閃亮現(xiàn)象難于觀察到的原因

現(xiàn)有斷電自感演示實(shí)驗(yàn)電路如圖1所示，當(dāng)開關(guān)閉合電路穩(wěn)定后，讓學(xué)生觀察開關(guān)斷開時(shí)，燈A的熄滅情況。

學(xué)生通常情況下看不到、得不出燈A的“閃亮一下再熄滅”的現(xiàn)象。分析原因有三：（1）由于本實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)自感電流持續(xù)時(shí)間短、閃亮?xí)r間短，導(dǎo)致學(xué)生難以分辨;（2）現(xiàn)有儀器中燈泡的閃光是處于空曠的空氣背景中，眼睛觀察空中光點(diǎn)的閃亮，是很難分辨出是否更亮了一下的，這是眼睛的識(shí)別能力所限，（3）因?yàn)闆]有標(biāo)準(zhǔn)的“直接熄滅”的燈來做對(duì)比，即便是燈A熄滅時(shí)閃亮了一下，學(xué)生還是認(rèn)為燈是直接熄滅的，沒有對(duì)比，學(xué)生感覺不到微小差異。

二、改進(jìn)措施

1.從根源上強(qiáng)化閃亮一下再滅的現(xiàn)象

采用自感系數(shù)大且磁路閉合的線圈增大自感電動(dòng)勢(shì)持續(xù)時(shí)間，以延長(zhǎng)燈泡熄滅的時(shí)間;同時(shí)采用小電阻線圈，增大線圈中原有電流值，來增大自感電流，加強(qiáng)閃亮強(qiáng)度。

2.從觀察方法上增加眼睛的分辨能力

改變?cè)瓉碇苯佑^察空中點(diǎn)光的閃亮，利用凹面鏡把燈泡的點(diǎn)光會(huì)聚反射成平行光打在白屏上，會(huì)看到白屏上光源的閃亮清晰可辨。光路如圖4。

3.從視角對(duì)比上使閃亮現(xiàn)象更可信

增加直接熄滅的對(duì)比燈襯托所要觀察的“閃亮一下再熄滅”的觀察燈，用雙刀開關(guān)同時(shí)控制兩燈與電源的通斷，并確保斷開電源時(shí)，對(duì)比燈與線圈斷開連接。電路如圖2示。

三、教具制作

器材：“12V8W”燈兩盞，直徑為10 cm手電筒反光碗兩個(gè)，白屏或白墻。線徑為1.0 mm，線圈內(nèi)孔截面積為38×38 mm2，線圈長(zhǎng)為49.90 mm，匝數(shù)為400匝的線圈一個(gè)，且鐵芯閉合。單刀小開關(guān)一個(gè)，雙刀開關(guān)一個(gè);學(xué)生電源一臺(tái)，導(dǎo)線若干，帶底座木板一個(gè)，大白紙一張，長(zhǎng)導(dǎo)線兩根，螺絲螺母若干。

制作：（1）在木板的正面貼白紙一張，白紙上畫出電路圖如圖2;（2）把單刀和雙刀開關(guān)分別用螺絲固定在木支架上并在相應(yīng)位置打出穿線孔;（3）兩燈分別放入兩個(gè)反光碗中并用膠粘牢，光路如圖4，并把反光碗嵌入事先打在木支架的孔上;（4）電路圖中的電源和線圈兩端分別在木板上穿孔，在兩孔中分別設(shè)置旋鈕作為自感電動(dòng)勢(shì)輸出端;（5）把磁路閉合的線圈放在支架正面底座上

并用導(dǎo)線連在電路圖中線圈兩端旋鈕上;（6）在木板的背面用導(dǎo)線連接各元件組成回路。

四、實(shí)驗(yàn)過程和效果

教具電路圖和實(shí)物圖分別如圖2和3所示;光路圖如圖4

所示。

1.體驗(yàn)自感電動(dòng)勢(shì)的威力

斷開單刀K1，讓多名學(xué)生手拉手連成一排，兩端的學(xué)生捏住連在兩旋鈕上的甩出導(dǎo)線，閉合雙刀開關(guān)K2，學(xué)生無反應(yīng)，即通電時(shí)沒有被電;斷開雙刀開關(guān)K2，學(xué)生立馬縮手甚至驚叫起來，即斷電時(shí)，學(xué)生反而被電。這個(gè)實(shí)驗(yàn)顛覆了學(xué)生的思維，學(xué)生情緒立馬高漲起來。

2.演示燈的閃亮現(xiàn)象

閉合單刀開關(guān)K1及雙刀開關(guān)K2，當(dāng)電路穩(wěn)定后，要求學(xué)生觀察現(xiàn)象三次：

第一次斷開雙刀開關(guān)K2，要求學(xué)生觀察“對(duì)比燈”的熄滅;再次閉合雙刀開關(guān)K2電路穩(wěn)定后，第二次斷開雙刀開關(guān)K2，要求學(xué)生觀察“觀察燈”的熄滅;再次閉合雙刀開關(guān)K2電路穩(wěn)定后，第三次斷開雙刀開關(guān)K2，要求學(xué)生同時(shí)觀察兩盞燈的熄滅。

現(xiàn)象：對(duì)比燈A2在屏上的光源“直接熄滅”，而觀察燈A1在屏上的光源“中心先更亮一下后再熄滅”。兩個(gè)白屏上的光源一個(gè)”直接熄滅”，一個(gè)“中心更亮了一下再滅”，對(duì)比明顯。

總之，本教具另辟蹊徑，從視覺分辨力與視覺對(duì)比上對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)。達(dá)到了學(xué)生自己觀察現(xiàn)象，自己得出結(jié)論的教學(xué)目的，有助于核心素養(yǎng)的形成。

參考文獻(xiàn)：

[1]戴偉，潘朝軍.探尋“斷電自感”燈泡能否閃亮的條件[J].物理教師，2014（7）：54-55.

[2]云秀.實(shí)驗(yàn)與問題“互為驅(qū)動(dòng)”培養(yǎng)高階思維能力[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2018（1-2）：13-16.

編輯 馮志強(qiáng)