正文 第1章 電磁學實驗中儀器、器材的使用與操作(1)(3 / 3)

歐姆表的表盤刻度揭示出的被測電阻數,是與ε、r、R0對應的,當ε、r、R0之一發生變化時,表盤指示數就不準了。實際使用時,ε、r會發生變化,盡管使用前可調節電位器使外電路電阻為零時,指針打滿度(電流Ig,被測電阻為0)但由於表盤刻度不能隨調整後的R0′做相應的改變,實際測量值還是有較大誤差的,這是歐姆表隻能粗測電阻的原因。

發光兩極管在物理實驗中的應用

蘇州大學物理係陶洪老師分析介紹其兩種應用:

楞次定律的直觀演示

繞一個一萬匝以上的螺線管(此螺線管還可做其它實驗)。在螺線管的最外層用青殼紙裹緊,外貼白紙,並用紅線條標明線圈的繞向,其引線與發光二極管按圖示所接。發光二極管處畫上表示電流流向的箭頭。條形磁鐵可根據螺線管內徑的大小,把幾根磁鐵用透明膠帶紙紮在一起。

演示時,將條形磁鐵N極插入螺線管,可見D2發光(如果線圈匝數較多,磁鐵磁性較強,可將磁鐵慢慢插入螺線管,以延長D2發光的時間。我們所用的螺線管匝數為4萬匝,磁鐵用三根條形磁鐵紮在一起,二極管的發光時間在1秒左右)。根據螺線管中感應電流的流向,用右手螺線管定則判斷其產生的磁場方向得知,螺線管上端是N極,下端是S極。可見,這時螺線管中感應電流產生的磁場是阻礙磁鐵運動,阻止螺線管內磁通量的增加的。同樣,當磁鐵向右抽出時,D1發光。用右手定則判斷可知,這時螺線管上端是S極、下端是N極。通過對上述兩個現象的分析,可容易地導出楞次定律。

調諧的演示

在高中課本所示的調諧實驗中,若用發光二極管代替小電珠,既可提高靈敏度,又可降低對振蕩器輸出功率的要求。我們曾采用十分簡單的振蕩器——電感三點式和電容三點式振蕩電路,配合發光二極管演示調諧實驗,效果很好。其中,可變電容器最好用空氣單連電容器(如用雙連電容器可把它們並聯起來),其它電容器最好用圓片電容,以減小高頻損耗;電感線圈可用直徑為1.8mm左右的漆包線密繞成直徑為3cm左右、匝數為80匝左右(L1、L2的匝數相同)的空心單層螺線管,圖2-1中,在L1的23處引出抽頭;發光二極管用兩隻,那樣焊接在一起(以提高發光效率)。

上述電路很容易起振。檢驗起振的方法可用把電圈插入螺線管內,看其小電珠(或發光二極管)是否發光,以判斷是否起振及起振的強弱;也可用萬用表交流電壓檔測電感兩端高頻電壓有無,以判斷是否起振(此方法對性能較差的萬用表無效);還可用萬用表直流電壓檔測量三極管工作電壓(應為:VC約9V,Vb約3V,Vc約2.5V),以判斷三極管是否正常工作。

若正常工作,那麼,隻要各元件完好,接線正確,即說明起振了。

將振蕩線路裝在一小盒內(作為振蕩器),和其它元件一起按課本圖裝在示教板上。為了使發光二極管發光亮度變化明顯,可在二極管外麵罩一個直徑約2cm的圓柱形(但沒有上下底的)筒。筒高以在二極管發光時不遮住學生視線為限,筒內塗成黑色。為了使電容C1、C2能良好的跟蹤,且諧振時船形旋鈕指示的位置(方向)相同,可在C1、C2兩端並聯若幹小定值電容(需經調試),以達到上述目的。

演示時,轉動C2(或C1),可見,隻有當C2和C1的位置相同時,發光二極管發光最亮,否則不亮或不怎麼亮。改變C1(或C2)的位置,然後再轉動C2(或C1),結果與前一次相同……由此進而分析說明調諧的原理和方法。

用黑白電視機演示歐姆定律、電磁振蕩、振動波合成

山西師大景彥君、臨汾一中景玲君、山西師大肖虹老師曾以黑白電視為主要器材,講述了用黑白電視代替價格昂貴的示波器做中學物理實驗的原理、方法和步驟,並舉了幾個簡單的例子。通過進一步研究和教學實踐,他們又把黑白電視做中學物理演示實驗擴展到歐姆定律、電磁振蕩以及兩個振動波形的合成。

預備實驗:

首先用改裝的黑白電視機一台,直流電源一台,滑動變阻器一個,帶魚頭夾的導線六根,按所示電路連接。

預備實驗電路

閉合電視機的電源開關,適當調節好亮度和黑白對比旋鈕,這時就會在電視熒光屏上看到一條水平亮線,它在熒光屏的X軸坐標上,可作為我們測試電流信號的基線。閉合開關S,使變阻器阻值為零,水平亮線就會向上(或向下)偏離X軸。然後調大變阻器阻值使亮線回到X軸位置,電流表值幾乎為零。再逐步減小滑動變阻器阻值,我們可測出下列一組數據:

電流強度(A)0.10.20.3偏離X軸距離(xcm)1x2x3x由此可以看出屏幕上所顯示的波形偏離X軸的距離和電流表中的讀數是成正比的關係,這就是我們要觀察的電路中的直流電波形,利用它可作為中學物理直流電、低頻交變電流波形的演示實驗。比用示波器、電流表觀察,既經濟實用,又直觀生動,並且清晰度高,有它的獨到之處。

歐姆定律的演示