正文 第2章 電磁學實驗中儀器、器材的使用與操作(2)(1 / 2)

要使學生熟練掌握、靈活運用,就必須使他們對歐姆定律所揭示的電流、電壓和電阻三者之間的關係有明確的認識。

首先,用改裝的黑白電視機一台,幹電池2-6節或直流電源一台,變阻箱一個,單刀開關一隻,帶魚頭夾的導線若幹條,電路連接。

(1)若將電源上的極性改變,則亮線在屏幕上偏離X軸的方向就會改變。這一演示說明電源的極性不同,電流的方向也不同。(2)轉動電阻箱的旋鈕為10Ω、20Ω、30Ω,此時可看到屏上的亮線離X軸的距離也會改變,R值由小變大時,亮線離X軸由近到遠;反之,亮線離X軸由遠到近。我們可以把變阻箱的阻值和屏上亮線的坐標值對應填入表格中,在實驗的誤差範圍內,即可知當電壓一定時,電流與電阻成反比的關係。(3)若使變阻箱固定為30Ω,而改變電源電壓,分別為3V、6V、9V,當電源電壓升高時亮線離X軸遠,電源電壓降低時,亮線離X軸近。我們同樣可以把電源電壓和屏上的坐標值對應填入表格,可知當R一定時,電流與電壓成正比的關係從而總結出歐姆定律。並且通過電視熒光屏觀察電路中電流的變化,可見度大、清晰度高並且直觀效果好。

電磁振蕩的演示電磁振蕩現象的演示電路所示。

它和高中物理教材圖不同之處是:用改裝的黑白電視機的行偏轉線圈代替了電流表G,電容C用470μF耐壓16V一隻,電感線圈用10μH左右電感一隻,單刀雙擲開關一隻。(1)閉合電視機電源開關,先把開關扳到電源一邊,給電容器充電,稍後再把開關扳到線圈的一邊,讓電容器通過線圈放電,我們會看到電視熒光屏上有振蕩波形產生,而且振蕩波形是振幅逐漸減小的阻尼振蕩波。這是由於電路中有電阻,一部分能量要轉變成熱,還有一部分能量要輻射到周圍的空間中去。無阻尼的振蕩是理想的振蕩電路,也就是實際工作中需要的等幅振蕩是用振蕩器產生的。用同樣的方法我們也可以靠晶體管組成的振蕩器來演示等幅振蕩波形。

教材實驗中,由於電路中電阻能量的損失,加上電流計指針擺動中的慣性作用及電流計鋁框中渦流受到的阻礙作用,都會使振蕩的阻尼很大,振蕩電流衰減的很快,以致難以看到一次周期性的振蕩擺動,而用改裝後的黑白電視機代替電流計,隻要把電容和線圈調整適當,引線盡可能短,連線電阻要小,即可看到較好的振蕩電流的波形,使學生對LC振蕩電路能產生按正弦規律變化的振蕩電流有明確的認識。

兩個振動波形合成的演示本實驗是以振蕩合成基本理論為依據,為加強直觀教學提高學生對振動合成理論的理解,利用改裝的黑白電視機達到對振動合成理論的驗證和理解的雙重目的。

用改裝的黑白電視機一台,揚聲器一個,帶開關的話筒一個,正弦波信號發生器一台,帶魚頭夾的連線8根,電路連接。

首先調節信號發生器,使信號發生器輸出1000Hz左右的音頻信號,改變信號發生器的幅度旋鈕,使之在熒光屏上波形清晰、幅度大小適中,同時揚聲器發出音響。我們把話筒近距離對準揚聲器,然後閉合話筒開關,該聲音傳播到話筒並輸入到行偏轉線圈上,如果忽略行偏轉線圈的阻抗和空氣傳播對信號的衰減影響,這時熒光屏上應清晰的顯示出一個同頻率同幅度信號疊加運動的波形,幅度比不加話筒時的振動幅度大了一倍。

教材圖波的疊加的實驗演示方法是用繩子兩端擺動,來說明在兩列波重疊的區域裏,任何一個質點的總位移,都等於兩列波分別引起的位移的矢量和。而用電視熒光屏是通過聲電轉換的方法來顯示,頻率相同的兩列波的疊加,這種方法比教材介紹的方法更形象逼真,隻要接通電源,波形會連續不斷地顯示在熒光屏上,克服了用繩子擺動周期短、可見度低的缺點,是演示振動波形合成的最佳方法。

學生萬用表改進

實驗用的學生萬用電表“OFF”檔為通過轉換開關將表頭和輸入兩接線端分別短路,如附圖所示,如果這時誤將兩表筆接在電源兩端,表針偏轉,同時會因短路而發生危險。筆者參照500型萬用表的方法,將J0411型萬用表作了一點變動,使“OFF”檔為輸入斷路,起到了保護電源和萬用表的作用。安徽省桐城天城中學汪輝林老師介紹改裝方法。