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如何用波器观察自感产生的负电压

作者: 戴和平 文章来源:点击数:1004更新时间:2020-09-29

如何用波器观察自感产生的负电压

 戴和平  发表在《明日》201911CN51-1617/GO

“自感”是司南版《物理(选修3-2)》第二章第二节的内容.由于用电压表无法观察自感产生的瞬间电压,用示波器正好可以解决这一技术问题.笔者在执教“自感”一节课的过程中,用实验室的学生示波器在课堂上成功地演示了断电过程产生的负电压现象,并让学生进行探究实验.以下是笔者在做该实验的方法和经验.

1.用小灯泡观察断电自感

日常教学中,教师演示断电自感的电路如图(1)所示.实验器材有:1.5V干电池两节、“3.8v0.3A”小灯泡1个、开关、 带闭合铁芯100匝的线圈.实验时,闭合开关,小灯泡发光比正常略暗,断开开关时,由于电感线圈的自感作用,会观察到小灯泡闪亮一下,然后熄灭.这个现象能很好地说明电感线圈断电自感阻碍电流的变化.但是,无法说明在断电的瞬间线圈所产生的反向电动势.

2.用电压表测断电自感的反向电动势

为了比较示波器的反应快的特点,设计如图(2)所示的电路,其目的是为了与有示波器的电路对比.实验时,开关先闭合再断开,观察电压表指针的偏转情况.将线圈取下,重复实验,比较前后指针的偏转情况.发现,指针的反向偏转情况不变,说明,指针偏转并不是自感现象造成的,而是由于惯性.原因是:指针的反应太慢了,无法反应电压的瞬间变化.

3. 用示波器测反向电动势

为了显示断电产生的反向电压,用示波器替换电压表.实验时,为了便于比较,先不接线圈,直接把灯泡与电源串联,用示波器测量灯泡两端电压.让学生观察开关闭合与断开前后,光斑的移动.加上线圈后,为了更好观察到线圈在断电瞬间产生的反向电动势,把之前电路中的电压表换成示波器,其电路如图(3)所示.

将示波器的“x输入”端分别并联在电感线圈的两端,闭合开关,小泡发光比正常暗些,将示波器的“扫描范围”调至外X档,调节水平移动旋钮,使示波器的光斑停在X轴距屏中心右2格处.断开开关时,可以观察到亮斑快速回扫到X轴左侧,小灯泡闪亮一下熄灭,亮斑再扫回至屏中心.原因是:开关断开瞬间,线圈两端产生反向电压.通过两次亮斑位置的对比,断电过程产生的反向电动势直观地呈现出来.学生用已调节好的示波器进行实验,观察现象.

4.用波器能直观地将反向电压显示出来的原因

示波管由电子枪、偏转电极、荧光屏组成,如图(4)所示.由炽热金属丝发射的电子经加速电场加速后,通过偏转电场,打在荧光屏上,将输入信号显示在荧屏幕上.示波管的突出优点是它的反应很快,原因是:电子的质量很小,惯性也很小,能够灵敏地反应出加在偏转极板上的极其迅速而微小的电压变化,并把它显示在荧光屏上.所以,在通电和断电时能将正负电压显示出来.为了将实验现象更好地呈现给学生,笔者做了以下技术处理:演示该实验时,用一台高清摄像机对准示波器的荧光屏,与计算机连接,投影到屏幕上,观察效果更佳.

结束语

自感电动势特点的分析为培养学生的科学素养及提高学生的综合能力和探究意识提供了很好的素材,能让学生经历探索的过程,体会科学的方法和态度,培养实事求是的科学精神.通过实验探究,用断电自感产生的反向电动势现象来激发学生的好奇心和求知欲,引导他们应用已有的电磁感应知识进行分析,这对学生的观察能力、知识迁移能力,分析综合能力等方面的培养是很有帮助.我们在上课过中,应力求突出科学探究的方法,注重学生知识、概念的形成过程,关注学生思维品质的培养和学习过程中的情感体验,充分调动学生的学习积极性.