卞龍寶

江蘇省大豐高級(jí)中學(xué) 江蘇鹽城 224100

“電感和電容對(duì)交變電流的影響”演示實(shí)驗(yàn)的對(duì)比設(shè)計(jì)

卞龍寶

江蘇省大豐高級(jí)中學(xué) 江蘇鹽城 224100

新課標(biāo)人教版教材中“電感對(duì)交變電流的影響”的演示實(shí)驗(yàn)如下：如圖1所示，把帶鐵芯線圈L與白熾燈串聯(lián)起來(lái)，先把它們接直流電源上，再把它們接到交流電源上，取直流電源的電壓與交流電壓的有效值相等，觀察兩種情況下燈泡的亮度。該實(shí)驗(yàn)實(shí)際演示時(shí)(1)由于要取得與交流電壓有效值相等的直流電壓而使得實(shí)驗(yàn)操作難度大；(2)從最后實(shí)驗(yàn)效果來(lái)看兩種情況下燈泡亮度差別明顯、直接；(3)該實(shí)驗(yàn)包括教材后面安排的“電容對(duì)交變電流的影響”演示實(shí)驗(yàn)使用的都是學(xué)生電源，而學(xué)生電源只能提供50Hz這一種頻率的交流電，直接用這些裝置并不能演示后續(xù)的交流電頻率對(duì)感抗及容抗的影響。實(shí)際教學(xué)中,筆者在原實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),突出了直觀性、對(duì)比性,效果非常理想。

圖1

一、采用同步對(duì)比實(shí)驗(yàn)進(jìn)行演示電感和電容對(duì)交變電流的影響

對(duì)于“電感對(duì)交變電流的影響”演示實(shí)驗(yàn)，筆者將原實(shí)驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)成圖2所示電路，不僅操作方便而且增加了實(shí)驗(yàn)對(duì)比度。器材如下：A和B為2個(gè)完全相同的小燈泡(2.5V，3.8W)，R為滑動(dòng)變阻器(最大值50Ω)，S為雙刀雙擲開(kāi)關(guān)，L為學(xué)生用原副線圈，用學(xué)生電源供電。實(shí)驗(yàn)過(guò)程：先接直流6V擋，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R使B和A燈泡亮度相同。然后改接為交流6V擋，對(duì)比A和B燈泡的亮度，會(huì)發(fā)現(xiàn)A燈比B燈暗。以上現(xiàn)象可說(shuō)明線圈L對(duì)交流電除電阻阻礙外，又產(chǎn)生新的阻礙電流因素感抗。

將實(shí)驗(yàn)裝置中的線圈換成電容器，且將滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值放置為最小，便可用來(lái)對(duì)比演示“電容對(duì)交變電流的影響”，效果亦同樣十分明顯。使用該實(shí)驗(yàn)裝置還可以進(jìn)一步演示感抗與自感系數(shù)的關(guān)系、容抗與電容量的關(guān)系，具體方法和過(guò)程在這里不再贅述。

圖2

二、用信號(hào)發(fā)生器作為電源演示交流電頻率對(duì)感抗和容抗的影響

對(duì)于感抗與交流電頻率的關(guān)系，可采用如圖3所示的實(shí)驗(yàn)電路來(lái)進(jìn)行演示。圖3與圖1所不同的是，學(xué)生電源改換成了J2465型學(xué)生信號(hào)發(fā)生器。此外為了能從聽(tīng)覺(jué)上直觀感知交流電頻率的不同，增加實(shí)驗(yàn)對(duì)比度，電路中添加了一個(gè)J2468型音頻功率放大器。過(guò)程如下：連接好電路，先將信號(hào)發(fā)生器置5Hz，調(diào)節(jié)音頻功率放大器使小燈泡較亮，再打開(kāi)音頻功率放大器的監(jiān)聽(tīng)功能，此時(shí)可聽(tīng)到嘯叫聲，然后增加信號(hào)發(fā)生器的頻率(用低頻部分5～50Hz),在聽(tīng)到嘯叫聲變尖的同時(shí)可看到小燈泡變暗，說(shuō)明交流電頻率越高，感抗越大。

圖3

將裝置中的線圈換成電容器同樣可通過(guò)直觀演示得到容抗與交流電頻率的關(guān)系：交流電頻率越高，容抗越小。圖4、圖5為實(shí)驗(yàn)過(guò)程中分別獲得的不同情況下燈泡的明暗情況，實(shí)驗(yàn)對(duì)比效果顯著。

圖4

圖5

2010-09-07

卞龍寶，本科，中教高級(jí)。