CN102306468A

CN102306468A - 自感现象演示仪

Info

Publication number: CN102306468A
Application number: CN201110293603A
Authority: CN
Inventors: 黄瑞阳; 熊小兰; 黄春如
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-10-05
Filing date: 2011-10-05
Publication date: 2012-01-04

Abstract

本发明提供一种物理教学仪器，用同一套器材演示出通电自感现象和断电自感现象，且能直观反映出自感电动势、自感电流的方向。所采用的技术方案为：将绕制的漆包线圈套在上下对称并可分开的“∏”型铁氧体磁芯上，漆包线的两端与反向并联的两个LED相连，LED选用工作电压为2～3伏的小型高亮度管。线圈和LED接入电路，当通、断开关时，流过线圈的电流发生变化使线圈中产生出自感电动势、自感电流，作用于LED使其交替闪亮。该演示仪结构简单、工作原理清楚、现象明显，易于学生动手实验并通过对实验现象的分析得出自感现象的规律。制作过程中所用元器件技术参数要求低，成本低廉，安全可靠，具有教学实用性。

Description

自感现象演示仪

技术领域

本发明属于物理教学领域，特别涉及电磁感应中的自感现象实验演示。适合课堂教学演示、学生分组实验使用。

背景技术

目前，中学物理电磁感应章节中的自感实验教学，大多采用“J2446自感现象演示器”。该演示器将“通电自感现象”和“断电自感现象”用两组独立的器材分左右安装在同一块演示板上。为了达到演示效果，自感线圈用漆包线绕在较大的铁芯上制成，因而器材只能是专业厂家生产，且成本较高、体积又大。特别是通电自感装置，要求提供的电源电压较高，实验时一般用学生电源供电。上述原因使得其只适合课堂教学演示，而不太适合学生分组实验。事实上不管是通电还是断电，流过线圈中的电流均发生了变化，都会引起自感电动势的产生，都存在自感现象；但原演示器能看到通电自感现象的却不能看到断电自感现象，能看到断电自感现象的却不能看到通电自感现象；因而采用分开演示的办法，使学生在接受新知识的同时，仍有许多疑虑，不利于学生对所学知识点的理解和接受。再者，该演示器在演示通电和断电自感现象时，不能直观反映出自感电动势、自感电流的方向。

发明内容

针对现有演示器的不足，本发明提供一种简洁廉价的、又能用同一套器材演示出通电和断电自感现象，且能直观反映出自感电动势、自感电流方向的仪器—自感现象演示仪。它既能用于教学演示，又适合学生分组实验。使学生能够自主学习、合作探究，达到更好地理解和掌握所学知识点的目的。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：将绕制的漆包线圈套在上下对称并可分开的“п”型铁氧体磁芯上，漆包线的两端与反向并联的两个LED相连，LED选用工作电压为2～3伏的小型高亮度管。

线圈骨架用PVC管或塑料制成，其内径、高度与铁氧体磁芯相匹配，以便于安装和实验。

线圈匝数根据选用漆包线的线径、绕制的线圈面积大小而定，线圈的直流电阻约小于4欧姆。当线圈骨架选用外径2.3cmPVC管、漆包线外径选用0.5mm铜导线材料制作线圈时，线圈绕150匝左右。其目的是当线圈中提供约0.3安培的恒定电流时，线圈两端的电压不超过1.5伏，使与其正向并接的LED不发光。

本发明的有益效果是：可以用同一套装置演示出通电自感现象和断电自感现象，且能直观反映出自感电动势、自感电流的方向。整体电路所需电源电压为3～6伏，用干电池即可满足要求。该装置结构简单、直观，效果明显。生产过程中，与之相关材料技术性能的参数要求低，成本低廉，安全可靠。适合学生分组实验、自主学习、合作探究，具有教学实用性。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明

附图说明

图1是本发明的电路原理图。

图2是本发明的结构示意图。

图3是铁氧体磁芯的三视图。铁氧体磁芯纵剖面为上下对称的“п”型结构，3-1为磁芯上半部分；3-2为磁芯下半部分。

具体实施方式

图1中，E.直流电源（二节干电池），S.单刀开关，R.滑动变阻器，A.电流表，L.线圈，与线圈反向并联的LED1、LED2。

图2中，铁氧体磁芯(1)；PVC材料制作的线圈骨架(2)；密绕于骨架上的漆包线圈(3)；线圈与LED连接的插针(4)；线圈与LED连接的插孔(5)；用于LED安装的塑料面板(6)。

在图2所示实施例中，按图1原理图连接电路。开关S闭合后，调节可变电阻器的阻值，使电流表示数为0.3安培左右，此时与线圈并联的LED1、LED2皆不亮。

在图2所示实施例中，开关S闭合的瞬间，流过线圈的电流增大，LED1闪亮，这就是在线圈中产生的通电自感所显现的效果。之后，电流表示数恒定，LED皆不亮。

在图2所示实施例中，开关S断开的瞬间，流过线圈的电流减小，LED2闪亮，这就是在线圈中产生的断电自感所显现的效果。开关S通、断变化，LED1、LED2交替闪亮。

为了论证开关S通、断变化时，LED1与LED2交替闪亮确为电流变化在线圈中引起的自感现象。可保持电路其他器件不变的前提下，将线圈从电路中拆下，用电阻箱替代线圈接入电路；调节电阻箱阻值，使电路中的电流值与线圈在路时的数值相同，并将LED与电阻箱并接；然后通、断开关S，观察LED亮度有无变化。可发现，不管开关怎样通、断变化，LED皆不亮。

为了进一步论证自感现象规律符合电磁感应的一般规律，让学生感受：变化的电流产生变化的磁场，引起磁通量的变化，产生感应电动势。闭合开关S后，用手缓慢提磁芯上半部分，可将磁芯整体提离桌面。这是因为，线圈通电产生的磁场使其中的磁芯磁化，磁芯上下之间具有吸引力所致；当断开开关S时，电流减小导致磁场减弱，磁芯间的吸引力减小，下半部分与上半部分分离，跌落到桌面；开关通、断变化，引起电流变化，磁场必然变化，磁通量的变化产生感应电动势，导致LED1、LED2交替闪亮。

在图2所示实施例中，将线圈中的铁氧体磁芯移除后，通、断开关S，比较LED闪亮时的亮度，对比线圈中有磁芯时的情形，可发现LED的亮度明显减弱，由此说明，自感电动势的大小与线圈中有无磁（铁）芯有关。

在图2所示实施例中，将LED插针从插孔中拔出。然后将插针与一节干电池正负极连接，此时LED达不到正常工作电压，皆不亮。用两节干电池串联后与插针相连，LED中与电池正向连接的被点亮，变换电池极性，另一LED被点亮。图2中，恢复插针与插孔连接，开关S闭合后，与电池正向连接的LED1不亮，表明此时加在正向连接的LED1两端的电压达不到其工作电压。开关通、断变化时，LED1、LED2交替闪亮，表明此时线圈中通入变化的电流产生的自感电动势相当于一个极性变换的电池在交替给LED供电，才使LED交替闪亮。这些直观的现象，有利于学生运用所学电磁感应的有关规律（主要是楞次定律），分析出线圈中产生的感应电动势的方向的特点，从而使学生更好地理解感应电动势总是阻碍原电流的变化这一结论。

Claims

1.一种物理教学用自感现象演示仪，所采用的技术方案为：将绕制的漆包线圈套在上下对称并可分开的“п”型铁氧体磁芯上，漆包线的两端与反向并联的两个LED相连，LED选用工作电压为2～3伏的小型高亮度管，线圈和LED接入电路，当通、断开关时，流过线圈的电流发生变化使线圈中产生出自感电动势、自感电流，作用于LED使其交替闪亮。

2.根据权利要求1所述的自感现象演示仪，线圈匝数根据选用漆包线的线径、绕制的线圈面积大小而定，线圈的直流电阻约小于4欧姆，当线圈骨架选用外径2.3cmPVC管、漆包线外径选用0.5mm铜导线材料制作线圈时，线圈绕150匝左右，其目的是当线圈中提供约0.3安培的恒定电流时，线圈两端的电压不超过1.5伏，使与其正向并接的LED不发光。

3.根据权利要求1所述的自感现象演示仪，LED用一独立塑料面板安装，且LED与线圈间采用活动式的金属插针、金属插孔方式实现连接。