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摘 要：自感现象是由于导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象。自感现象在各种电器设备和无线电技术中有广泛的应用，是中职电工电子技术的基础内容。本文阐述了“自感现象演示器”电路设计的指导思想，对现有电路设计的问题和弊端进行了详细的分析，并提出一个新的较理想的电路设计。
关键词：自感现象演示器；电路设计；演示实验
“自感现象演示器”的电路设计已有多种多样，它们各具特色，效果各异，且多有弊端，有的设计看似先进，实则效果不佳。本文就实验设计的指导思想和对现有设计的分析及最新电路设计等方面谈一下粗浅的看法。
一、实验设计的指导思想
演示实验的目的是让学生把看到的现象和科学知识结合起来，通过感性认识加深理解记忆，从而上升到理性认识。所以实验设计应以教材为依据，充分体现教材的指导思想。在保证演示效果良好的前提下，还要尽量采用电路简单、操作简便、逻辑清楚、学生容易接受的实验设计。根据教材的要求，自感现象实验主要应显示两个现象：
（1）在通电瞬间，跟变阻器R串联的灯泡A2立即正常发光，而跟线圈 L串联的灯泡A1却是逐渐亮起来（如图1）；（2）在断电瞬间，跟线圈L串联回路中的灯泡A不是立即熄灭，而是过一会儿才熄灭（一般用灯泡A猛然闪亮一下再熄灭来说明）如图2。
二、浅析现有的实验设计
现有的实验设计大致分四种类型。它们都存在不同程度的缺点，因而给演示效果带来了不同程度的影响。
1.通、断电自感分别用两个电路完成，如图1、图2。采用这类电路的成品示教板，大多是通路自感现象不明显，断路自感现象都十分明显。这类设计有以下主要缺点：
（1）因通、断路自感分别由两个电路显示，所以易使学生误解为一个电路只能产生一种自感现象（称作误解一）；（2）断电瞬间灯泡A猛然闪亮一下，易使学生误认为因自感电动势使通过线圈L的电流突然增加了（称作误解二）；（3）断电时不能显示通过灯泡的感生电流的方向。
2.第一种类型的改进型，如图3所示。
该类设计增设了K1。演示通路自感前断开K1，演示断路自感前合上K1。合上K1就使L支路电流大于R支路电流，这样才能使A2猛然闪亮一下再熄灭，从而达到通、断路自感合用一个电路的目的，以便消除学生的第一种误解。但该电路仍存在如下缺点：
（1）事实证明，并不是对于任何能演示通路自感的线圈，当合上K1后在断电瞬间A2能猛然闪亮一下。当线圈的内阻r较大时就不能实现设计的愿望。例如当选用“变压器原理说明器”的0～1600匝线圈时，虽然演示通路自感现象明显，但演示断路自感时A2就不能猛然闪亮一下。原因是线圈的内阻较大（约63Ω），合上K1也不能使L支路的电流远大于R支路的电流；
（2）即使消除了学生的第一种误解，学生又会产生新的疑问：为什么演示断路自感前要合上K1？这仍需要给学生解释；
（3）从演示现象中仍不能说明A2猛然闪亮一下的原因，因此也就不能消除学生的第二种误解；
三、一个新的较理想的电路设计
笔者依据教材的指导思想，认真分析研究了多种电路设计的缺点，设计出一个较理想的电路，如图5所示。经实际演示测试，证明自感现象明显，演示效果理想。
1.主要特点
（1）能完全消除学生的第一种误解；（2）断电瞬间，以A2猛亮，A3并不猛亮的事实，充分说明A2猛亮的原因不是因为流过线圈的自感电流突然增大，这就彻底消除了学生的第二种误解；（3）巧妙地用电流表指针的偏转来确定LR回路中感生电流的方向，从而确定了线圈的自感电动势的方向；（4）既不需更换线圈或改变接头，又不需改变电源电压，操作十分简便明快。既节省了演示时间，又使学生感到演示现象的出现很自然、真实，说服力强；（5）全部采用学生已学过的常见器材，演示现象易于接受；（6）通电瞬间，A1比A2约晚1秒正常发光。断电瞬间，A2猛亮一下后熄灭，A1从正常发光开始减弱最后与A2同步熄滅。演示现象极为显著，学生感到容易接受，教学效果十分令人满意。
2.元件选择和调整
（1）线圈L是在损坏的 2kw自耦变压器铁芯上加绕 1110匝，使总匝数为1300匝左右，自感系数L约2.2H，直流电阻r约7.6Ω。因铁芯的内环空间较大，故为了降低成本和减轻重量，加绕部分可选用Φ1.5左右的铝芯漆包线。当然也可选用其他截面积较大的铁芯，用与原线圈同规格的漆包线绕制；（2）A1、A2为“6.3V、0.25A”小灯泡；（3）M为演示检流计，将指针零点调在中央，在表内装设档块P使接通K时指针虽向左偏转而只能停在零点；（4）R和R′为可调电阻。先调整R使A2比额定亮度稍弱（电流为0.2A），再调整R′使A1与A2亮度相同。然后把R′换为固定电阻装在演示板的背面；（5）E为低压电源的 6V或12V稳压输出。
3.电路设计的关键
（1）线圈L的设计：要求自感系数L较大且直流电阻r较小（一般L大于1.7H，r小于10Ω）。这就要求铁芯截面积大，线圈导线粗，匝数较多。否则不可能同时满足通电和断电的自感演示；（2）L支路和R支路的电流设计：在满足上述要求的前提下，还要求L支路的电流是R支路的电流的若干倍，否则断电时A2不会猛然闪亮一下熄灭。倍数的大小与线圈的自感系数和内电阻等因素有关。本电路设计当电源电动势为 6V和 12V时，L支路的电流分别等于R支路电流的3倍和4倍。
关键词：自感现象演示器；电路设计；演示实验
“自感现象演示器”的电路设计已有多种多样，它们各具特色，效果各异，且多有弊端，有的设计看似先进，实则效果不佳。本文就实验设计的指导思想和对现有设计的分析及最新电路设计等方面谈一下粗浅的看法。
一、实验设计的指导思想
演示实验的目的是让学生把看到的现象和科学知识结合起来，通过感性认识加深理解记忆，从而上升到理性认识。所以实验设计应以教材为依据，充分体现教材的指导思想。在保证演示效果良好的前提下，还要尽量采用电路简单、操作简便、逻辑清楚、学生容易接受的实验设计。根据教材的要求，自感现象实验主要应显示两个现象：
（1）在通电瞬间，跟变阻器R串联的灯泡A2立即正常发光，而跟线圈 L串联的灯泡A1却是逐渐亮起来（如图1）；（2）在断电瞬间，跟线圈L串联回路中的灯泡A不是立即熄灭，而是过一会儿才熄灭（一般用灯泡A猛然闪亮一下再熄灭来说明）如图2。
二、浅析现有的实验设计
现有的实验设计大致分四种类型。它们都存在不同程度的缺点，因而给演示效果带来了不同程度的影响。
1.通、断电自感分别用两个电路完成，如图1、图2。采用这类电路的成品示教板，大多是通路自感现象不明显，断路自感现象都十分明显。这类设计有以下主要缺点：
（1）因通、断路自感分别由两个电路显示，所以易使学生误解为一个电路只能产生一种自感现象（称作误解一）；（2）断电瞬间灯泡A猛然闪亮一下，易使学生误认为因自感电动势使通过线圈L的电流突然增加了（称作误解二）；（3）断电时不能显示通过灯泡的感生电流的方向。
2.第一种类型的改进型，如图3所示。
该类设计增设了K1。演示通路自感前断开K1，演示断路自感前合上K1。合上K1就使L支路电流大于R支路电流，这样才能使A2猛然闪亮一下再熄灭，从而达到通、断路自感合用一个电路的目的，以便消除学生的第一种误解。但该电路仍存在如下缺点：
（1）事实证明，并不是对于任何能演示通路自感的线圈，当合上K1后在断电瞬间A2能猛然闪亮一下。当线圈的内阻r较大时就不能实现设计的愿望。例如当选用“变压器原理说明器”的0～1600匝线圈时，虽然演示通路自感现象明显，但演示断路自感时A2就不能猛然闪亮一下。原因是线圈的内阻较大（约63Ω），合上K1也不能使L支路的电流远大于R支路的电流；
（2）即使消除了学生的第一种误解，学生又会产生新的疑问：为什么演示断路自感前要合上K1？这仍需要给学生解释；
（3）从演示现象中仍不能说明A2猛然闪亮一下的原因，因此也就不能消除学生的第二种误解；
三、一个新的较理想的电路设计
笔者依据教材的指导思想，认真分析研究了多种电路设计的缺点，设计出一个较理想的电路，如图5所示。经实际演示测试，证明自感现象明显，演示效果理想。
1.主要特点
（1）能完全消除学生的第一种误解；（2）断电瞬间，以A2猛亮，A3并不猛亮的事实，充分说明A2猛亮的原因不是因为流过线圈的自感电流突然增大，这就彻底消除了学生的第二种误解；（3）巧妙地用电流表指针的偏转来确定LR回路中感生电流的方向，从而确定了线圈的自感电动势的方向；（4）既不需更换线圈或改变接头，又不需改变电源电压，操作十分简便明快。既节省了演示时间，又使学生感到演示现象的出现很自然、真实，说服力强；（5）全部采用学生已学过的常见器材，演示现象易于接受；（6）通电瞬间，A1比A2约晚1秒正常发光。断电瞬间，A2猛亮一下后熄灭，A1从正常发光开始减弱最后与A2同步熄滅。演示现象极为显著，学生感到容易接受，教学效果十分令人满意。
2.元件选择和调整
（1）线圈L是在损坏的 2kw自耦变压器铁芯上加绕 1110匝，使总匝数为1300匝左右，自感系数L约2.2H，直流电阻r约7.6Ω。因铁芯的内环空间较大，故为了降低成本和减轻重量，加绕部分可选用Φ1.5左右的铝芯漆包线。当然也可选用其他截面积较大的铁芯，用与原线圈同规格的漆包线绕制；（2）A1、A2为“6.3V、0.25A”小灯泡；（3）M为演示检流计，将指针零点调在中央，在表内装设档块P使接通K时指针虽向左偏转而只能停在零点；（4）R和R′为可调电阻。先调整R使A2比额定亮度稍弱（电流为0.2A），再调整R′使A1与A2亮度相同。然后把R′换为固定电阻装在演示板的背面；（5）E为低压电源的 6V或12V稳压输出。
3.电路设计的关键
（1）线圈L的设计：要求自感系数L较大且直流电阻r较小（一般L大于1.7H，r小于10Ω）。这就要求铁芯截面积大，线圈导线粗，匝数较多。否则不可能同时满足通电和断电的自感演示；（2）L支路和R支路的电流设计：在满足上述要求的前提下，还要求L支路的电流是R支路的电流的若干倍，否则断电时A2不会猛然闪亮一下熄灭。倍数的大小与线圈的自感系数和内电阻等因素有关。本电路设计当电源电动势为 6V和 12V时，L支路的电流分别等于R支路电流的3倍和4倍。