利用DIS传感器研究通断电自感现象，本文主要内容关键词为：传感器论文,现象论文,DIS论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、DIS实验简介
DIS实验就是利用现代信息技术进行实验研究的实验，全名叫做Digital information system。在物理学中有许多物理量，如距离、位移、力、速度、温度、压强、电压、电流都可以用这类仪器测量，测量后还可以研究反映物理量间关系的规律。DIS实验系统通常由3部分组成：传感器、数据采集器、计算机（或图形计算器），如图1所示。本实验将利用DIS传感器研究通电自感和断电自感现象同时就实验中出现的问题提出自己的进一步思考，以期与同行共勉。
图1 DIS实验系统装置图
二、利用DIS传感器研究通断电自感现象
1.实验原理及器材
在高中物理新课标中，通断电自感现象是显示线圈自感效应的物理实验，通常使用小灯泡作为显示元件，利用与线圈相串联的小灯泡在通电瞬间延迟发光，或与线圈并联的小灯泡在电路断开后延迟熄灭甚至发出闪光的现象，来显示出线圈自感电动势的作用。
使用传统的实验器材，由于只能通过小灯泡的亮暗来粗略地显示电路中电流的变化，所以学生获得的仅是定性的认识，而对电流的变化过程无法清楚地认识。
另外电流表虽然可以显示电流，但自感现象变化过程短暂，电流表的指针由于具有一定的惯性，其响应较慢，因此不能显示出电流的瞬时变化。而利用DIS传感器却能弥补这一不足之处。
实验所需器材为：DIS传感器、通断电自感演示器、杯子、水、针筒。
2.实验步骤
(1)通电自感现象
①传统的演示实验
通电自感现象演示实验电路如图2所示。首先可以闭合两开关，调节滑动变阻器，使两灯在电路稳定时亮度相当。接着将开关
断开，待两灯均熄灭后再闭合开关，观察闭合开关的瞬间两灯发光的情况。通过实验可以观察到，灯
延迟发光。
图2 通电自感现象演示实验电路图
②利用DIS传感器测量小灯泡的电流
使用DIS传感器套件中的电流传感器，将电流传感器的2个接线端接在开关
两端，保持开关断开。
闭合即可通过计算机上的DIS通用软件界面观察到线圈中电流变化的图线。
如果要使传统实验效果与DIS实验效果同时展现，可以事先在闭合时调节滑动变阻器，使两灯亮度相等，再进行实验。获得的电流图线如图3所示。
可以观察到：通电后，通过小灯泡的电流逐渐增大，达到稳定前经过一个峰值（图3中凸起处），然后才稳定下来；断电后，电流从原大小逐渐减小为零。
图3 通电自感电路的电流图
(2)断电自感现象
①传统的演示实验
断电自感现象演示实验电路如图4所示，闭合开关，等待小灯泡正常发光后，再将开关断开，观察断开开关的瞬间，小灯泡的发光情况。可以观察到小灯泡先亮一下，然后才熄灭。
图4 断电自感现象演示实验电路图
②利用DIS传感器测量小灯泡两端的电压
使用DIS传感器套件中的电压传感器，测量小灯泡两端的电压。闭合开关，等待小灯泡正常发光后，再将开关打开，即可通过DIS通用软件界面观察到小灯泡两端的电压变化的图线（同时小灯泡也是亮一下然后熄灭）。获得的电压图线如图5所示：图线的前一尖峰为通电自感现象，中间持续稳定的电压为小灯泡正常发光的状态，最后的尖峰为断电时线圈施加的电压。可以观察到：断电后，流过小灯泡的电流方向发生变化；断电后瞬间，小灯泡两端的电压高于电路稳定时小灯泡两端的电压。
三、对实验的进一步思考
小灯泡通电自感现象曲线的凸起问题（如图6所示）。
根据部分电路欧姆定律，流过小灯泡的电流I=U/R，分析其原因可能是通电瞬间灯丝电阻R较小。灯丝刚刚通电时温度较低，电阻较小，电流较大，灯丝发光后温度升高，电阻变大，电流减小达到稳定。
图5 断电自感电路的电压图
图6 通电自感曲线中的凸起
为了验证该现象是灯丝电阻随温度变化造成的，用阻值基本不随温度变化的电阻箱来代替与线圈串联的小灯泡进行实验，其他结构不变，调节电阻箱阻值与灯丝标称的电压和功率对应的阻值相同。获得电流时间图像如图7所示。2个实验的区别仅在于用电阻箱代替了小灯泡，凸起现象明显消除，说明通电自感现象曲线的凸起问题确实因为灯泡的电阻随温度变化而导致的。
图7 电阻箱代替小灯泡后获得的电流图