[发明专利]自感现象演示仪

说明书

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。