中学物理教学全书-实验篇.pdf

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1、中学物理教学全书-实验篇实验固体的压强(1)如 图 1 所示，泡沫块穿过插在底板上的导杆。利 用 T形块可以改变受 力面积，换用不同重物以模拟压力变化。从泡沫块形变程度可演示压力产生效果(压强)跟受力面积和压力的关系。(2)如图2所示，取废食品罐，把开口处剪成利口。把罐放在沙箱的沙面 上，压一块、两块砖(或其他重物)于罐上，观察罐底向下和向上放时下陷的程 度，以演示压力产生的效果。演示时可准备两只相同的罐，并在罐侧面贴带有刻 度的纸条以作对比。图2图3（3）如 图3所示，取两枚图钉，将其中一枚钉尖磨钝。用两用测力计测压 力，先后把两枚图钉压入肥皂块，肥皂块所承受的压强是定的，由实验可知当 压力

2、相同时，受力面积小的尖头图钉比受力面积大的钝头图钉产生的压强大；若 要产生相同的压强，就需要在接触面积大的钝头图钉上施加较大的压力。两用测力计结构如图3所示，这种测力计不但可拉、压两用，而且还有“记 忆”功能。自制时，取一根木棒作秤杆，棒的一端开有狭缝，缝内插入一片厚度 适当的纸片，棒上套有弹簧，把装有弹簧的圆棒插入圆管固定，将所受不同重力 的祛码挂在秤钩上，在木棒上标上与祛码所受重力相应的刻度。用力拉测力计棒 上的秤钩或用力压测力计棒的另一个端面时，都可使弹簧伸长，在弹簧伸长的同 时，纸片便在槽内移动。撤走外力，弹簧就恢复原状，而纸片因摩擦而停留在原 处，这样就可记录测力计达到的最大示数。液

3、体的压强（1）液体对压强的传递 图1所示为帕斯卡定律演示器。用注射器增加密闭的广口瓶里液体的压 强，微小压强计能显示所加压强的大小，从瓶内3根玻璃管液面高度始终相同，说明密闭液体的各个方向传递的压强跟加在上面的压强相同。实验前应保证瓶 塞、玻璃管和橡皮管等连接处封闭良好，并使微小压强计两液面相平。用扁平容 器(图1 (b)替代传统广口瓶可提高演示效果，扁平容器可截取有机玻璃胶 合而成。金属球图2 图2所示为帕斯卡球。演示时将活塞推至金属球处，旋去金属球，提起活 塞，让筒的下部吸满水，再把金属球旋上。使球体朝上，推动活塞，水柱能向各 个方向均匀喷射，说明“密闭液体能够把它受到的压强向各个方向传递

4、若球体 朝下演示，学生易误解为由于重力而射出。帕斯卡球可自制。如图3(a)所示，塑料瓶近底部的侧壁上用针刺小孔，把注射器针头插入瓶口软木塞即成。图3(b)所示装置中，当压气球向瓶内打气时，水连续不断从球的小孔中射出。演示了液体对压强的传递。（2）液压机模型 图4所示是水压机模型。底座上装有唧筒和水柜，它们的底部有管相通，并分别装有只能进水的单向 阀。演示时，按动手柄，唧筒内活塞上、下移动，水一边从进水管吸入唧筒，一 边被压入水柜。待水柜充满水后，继续按动手柄，加在唧筒液面上的压强通过水 传递到大活塞，推动大活塞上移，举起重物。图5所示为用两个直径不等的注射器连通起来做成的液压机演示器。为了克服

5、因注射器出口内径太小，液体流动时阻力太大而影响演示效果，可 用 铁 球（直径约2cm）击掉注射器底部（也可以磨掉），用有机玻璃做一个容器,把两注射器的底连通起来，注射器和容器间可用环氧树脂或玻璃胶封合粘结。为了减少摩擦，可在注射器内壁涂上牙膏，来回推动活塞进行研磨，使用时 再抹上稀润滑油（缝纫机油）。两活塞顶端可胶上托盘以承担重物。（3）液体内部压强图 6 图 6 所示是演示液体内部压强的实验装置。蒙有橡皮膜的金属盒可浸入液 体内任一深度，并在同一深度改变橡皮膜的方向。微小压强计液面差能显示液体 内部的压强大小。演示时应注意：金属盒上橡皮膜务必绷紧，且要平整，和橡皮管连接处不漏 气。容器里所盛

6、的液体温度必须接近室温，否则因金属盒内气体受液体温度影响 而增大实验误差。上述实验装置可自制。U 形管可用内径为34mm的玻璃管弯制（图 7）。用小金属片将U 形管固定在木支架上，支架面板上画上刻度。金属盒可用截去 底的小塑料瓶代替。fl-lmmHg O.ImmHg 和 0.02mmHg,各有标签注明。管 子两端有铝制电极，圆盘状是阴极，棒状为阳极。不同真空度的放电现象见下表所示:真空度(mmHg)4010310.10.02放电现象出紫带从阳出现法发现紫光 扩大，儿乎 极发出粉 鳞片状光拉第暗 出阴极带充满全管，红色的光 亮，并有明 区伸射线，颜色比亮，充满 显的克鲁长，并 玻璃管实验时应注意

7、，移动金属导杆时要远离放电管的封口，防止封口击穿漏气。放电时间不宜太长，以免影响管子寿命。真空度为0.02mmHg的放电管，因采用 的玻璃材料不同，管内发出的荧光颜色也不同。如果没有稀薄气体放电管，也可按图3所示自制。取一长约50cm、直径为 2cm的玻璃管，两端各用装有电极的橡皮塞封住。在其中一个塞子上，装一根细 玻璃管作抽气口。电极可用横截面直径为1mm的铜丝制成，其中一个电极上焊 一直 径 约1cm的圆金属片作为阴极。为防止漏气，可先用针在橡皮塞上钻一个 直径略小于1mm的孔，然后再把电极插入。演示时，抽气管连接抽气机，把感应圈输出端接到玻璃管两端电极上，在正 常大气压下，管内气体不导电

8、，抽到一定程度时，气体电离放电，管内出现鲜艳 夺目的光柱。随着管内气压的变化，光柱的形状和颜色也发生变化，可清楚显示 出克鲁克斯暗区和法拉第暗区。如果不出现上述现象，可检查玻璃管是否漏气，或变换感应圈输出极性，演 示最好在暗室进行。于,AI ,图3热电子发射图1所 示J 1 4 4 5 7型真空二极管，可演示热电子发射和单向导电性。它采用 直热式氧化物阴极（灯丝），自然冷却阳极（屏极），通过玻璃外壳，管内灯丝 和屏极A明显可见。其结构及管脚连接见图所示，管 脚1、4为灯丝，2、3为空 脚。主要技术参数见下表。电压电流灯丝6.3V0.8-1.5 A屏极24V2.5 4mA屏极功耗W 1.5 W寿

9、命5 0 0小时演示时按图示电路连接，指示屏流值用演示电表的5 m A档，把变阻器R在 电路里的阻值调到最小，断开电键K i，闭合K 2，电流计指针不偏转。说明二极 管内没有自由移动电荷，因此电路中无电流。同时闭合跖、K2,二极管内灯丝 被加热发红，电流计指针偏转。加大变阻器的阻值，灯丝的温度下降，电流随之 减小。这表明屏极电压一定，灯丝温度高，发射的热电子多，电流就大，从而清楚地演示了热电子发射.。如果把屏极电压E2（24V）极性反接，则电流立即变零。这表明真空二极管只有在屏极接电源的正极、灯丝接电源的负极时，才有屏极电 流，从而说明了真空二极管的单向导电性。实验中所用真空二极管也可选用5Y

10、3、12F、2c2U等体积较大的整流用电 子管，其灯丝电压和屏极电压应根据管型选用，也可用一般电子管收音机的小功 率 整 流 管（如5Z2P、6Z4等）,把它们的两个屏极并联起来当作个管子使用，只是其内部结构不易观察。灯 丝 屏 极图2如果没有真空二极管，可按图2所示自制。取 长 约10cm、内径约2cm的玻 璃管，其两端装有密封用橡皮塞。个塞上装有从68W日光灯管上拆下的连 有灯座的灯丝（拆时应小心不要把灯丝弄断），在灯座插脚上焊两根铜丝，穿过 橡皮塞作灯丝引线。另一个橡皮塞装一根焊有直径约1cm的圆金属片作屏极，再插入一根玻璃管作抽气口。灯丝和屏极间距离约2cm。自制二极管的灯丝电压 取6

11、8 V,屏极电压50100V。如因灯丝衰老，发射电子能力差，可适当提高 灯 丝 电 压（不要超过12V）和屏极电压。演示时，要先开启抽气机，待连接的U形水银气压计指示接近真空时，才 能开启电源。演示过程中，抽气机不能关闭，防止漏气烧毁灯丝。阴极射线管（1）直进阴极射线管E i如 图 1所示，管内阴极射线行进路上，装有-可绕轴转动的铝制五星形板，此板可呈垂直或水平状态。演示时用感应圈作电源。其管座处引线为阳极，另一极为阴极。启动感应圈 后，管壁上出现微弱的荧光，当五星形板垂直放置时，出现明显的五星暗影(若 无上述现象，可改换感应圈极性)。演示最好在暗室进行，不要长久把电压加于射线管，因玻璃受阴极

12、射线照射 过久会强烈地吸收气体，影响发光能力。(2)机械效应阴极射线管图 2如 图 2 所示，在球形玻璃管中心支出两个水平玻璃管，管内各装一个铝制电 极。两个电极的轴线正好通过叶轮面的中心。叶轮的两面涂有荧光粉。演示时用感应圈作电源，将高压加在两电极上。启动感应圈，叶轮立即转动,并发出不同颜色的明亮荧光。改换极性，叶轮向相反方向旋转。晶体二极管和三极管（1）温度对晶体管导电特性的影响1.5V图1找一个错晶体制的晶体二极管（如 2Ap型），按 图 1连接电路。由于二极 管反向连接，在常温下电流计（用演示电表5mA档）示数很小。用手捏住管壳,或点燃火柴接近管壳，可以看到电流计读数明显增大，说明半导

13、体的电阻随温度 升高而减小。（2）光照对晶体管导电特性的影响取一个玻璃壳的三极管（如 3Ax81、3Ax71）,把外壳上的漆刮去。演示时用演示电流计的电阻档测量其e、c 极 的 电 阻 值（黑表棒接e 极，红 表棒接c 极）。用手电筒照射管内错片（PN结上），电阻为儿百欧，而没有光 照时，阻值可达到几十千欧。把电表的两表棒接到c、b 极 或 e、b 极演示，也能观察到这现象。如果不用欧姆表，也可用演示电流计5mA档，按 电 路（图 2）演示。从电 流的变化，说明光照对半导体导电性的影响。(3)晶体二极管的单向导电性按图3连接电路，二极管D i、D2选用2 c z型，小灯泡L、L i、L2取68

14、 V。选择电阻R,使L和L i、L2发光亮度相同。演示时使A端接电源正极、B端接电源负极时，D i导通，灯L1亮；D2不导 通，灯L2不亮。电流方向改变时，D2导通，灯L2亮；D不导通，灯L不亮。但两次通电，灯L都会发亮，说明电阻可双向导通。这种演示方法对比强烈，效果较好。(4)晶体二极管的整流作用按图4连接电路。二极管D选用2 cp或2Ap型。图中与电阻R(Ik Q)并联的一为演示用交流电压表，另一为演示用直流电压表。图4演示时先将二极管短路，直流电压表没有示数；接入二极管，则直流电压表 有示数，从而说明二极管的整流作用，负载电阻R上的电流变为直流。（5）晶体三极管的放大作用晶体三极管放大感

15、生电压图5演示电路如图5所示，晶体三极管可选用3Ax8 1,线 圈L可用演示楞次定 律的副线圈。L自制时可用（pO.18mm漆包线在直径约3cm的圆筒上绕300匝左 右。演示时，先取掉三极管和电源E（6V）,使线圈L两端A、B直接和电阻R 并联，条形磁铁在线圈内上、下运动时，电压表几乎不动。接上三极管和电源，再演示，电压表指针就有明显摆动，说明三极管的放大作用。演示中，前、后两次磁铁运动频率应接近相等，并且不宜太快，以免电压表 的指针因惯性跟不上摆动。用示波器观察晶体三极管的放大作用演示电路如图6 所示，三极管可选用 3AX31或 3Ax81（宜选用ICBO较大的错管，演示效果较好）。演示前先

16、调节R b,使集电极电流在0.51mA左右。在 A、B 端分别接上示 波器Y 输入端和接地端。观察输出波形，尽量增加信号源的输入幅度，直到波 形刚好不失真为止。然后保持输入信号不变，调节示波器的Y 衰减，使屏上波 形为满幅度。演示时，把示波器的“Y 输入”端接“C”处，可观察到未经放大的信号波形；仍接回“A”处，可观察到放大后的波形。如果三极管放大信号太大，放大前、后波形幅度差别悬殊，无法观察，可在 三极管的发射极上串联个IkQ的电阻Re作负反馈，以减少放大倍数。图7 所示装置可演示晶体管对声音的放大作用，图中KD9300是 块 CMo s集成电路，激 发 次，内存的乐曲演奏一次。演示时先取掉

17、三极管，将电路C、B用金属丝连接好，这时扬声器放出乐曲,但声音较轻。断开C、B,将三极管插入集成电路对应孔中，立即可听到响亮的 乐曲声。（6）晶体三极管自动控制电路图 8 图8所示装置为恒温自动控制电路，烧瓶内放些染色水，瓶塞上插有玻 璃管和铜丝，玻璃管内另有一根可上下移动的铜丝。演示时接通电源，用手捂烧瓶，瓶内温度上升，当液面与玻璃管内铜丝接触 时，基极回路接通，三极管开始工作，继电器就吸动衔铁，被控制电路断开，灯 熄灭。手离开烧瓶后，瓶内温度下降，管内液面下降，液面与铜丝分离，断开基 极回路，三极管停止工作，继电器释放，被控制电路接通，灯乂亮，由此可控制 烧瓶内液体的温度。电路中3A X

18、71为低频三极管，IECO要小，B要大；J为高灵 敏继电器，电阻在1000C以上。图 9 图 9 所示电路可说明晶体管延时自动控制作用。演示时，按 下 电 键 K,继电器释放，接通电源，灯亮。待 定 时 间 后（对 电容器充电），继电器吸动，切断电源，灯暗。调节电位器阻值可控制延时长短（10秒内）。BC 系低频小功率管，IECO要小，。要大，J 为 1KC以上的高灵敏 继电器。图 10 图 10所示电路为光敏自动捽制电路。调 节 W,到继电器刚起动时，把 W 的阻值固定下来。若遮住光线，继电器立即释放，工作电路被切断，说明光电自 动控制器的基本作用原理。BG选 用 3 A x 型，100。这个

19、电路的工作原理如下：光线没有照射RL时，其 阻 值 很 大（约为数MC）,基极电流很小，集电极电流 也很小，因而继电器释放。光线照射RL时，它的阻值变小（约为几kQ）,基极 电流增大，集电极电流随之增大，因而继电器吸合，工作电路被接通。磁场对电流的作用（1）磁场对电流的作用 如 图1所示,从大电解电容器中拆取铝箔，把它抹平后在圆棒上卷成管状。接缝处用胶水纸粘合，抽掉圆棒即成轻、薄铝管。截取两条宽1.5cm、长 约20c m的铝箔，把两条铝箔各在铝管两端卷儿层后用胶水纸固定，这样就成了-个有 导 线（铝箔带）的铝管。把两铝箔贴紧在木条的铜片上，使铝箔和铜片接触良好,并用胶水纸固定。演示时如图放置

20、磁铁，在两铜片上接上电源，即可演示磁场对电流的作用。改变电流方向或磁极方向，导线受力方向就发生改变。因偏转部分铝管质量小，直径比较大，演示效果就好。该装置只要用一般的磁铁和一节1号电池就可以观 察到明显的偏转。因为电路接通时几乎处于短路状态，所以必须瞬时通电。如图2所示，木板两侧各固定铜片作轨道，铜片高出木板平面。磁铁用胶 固定在木板上，其高度稍低于铜片12m m,且同-磁极向上。用铝箔卷成的铝 管作导线。演示时两铜片接电源，即可显示磁场对电流的作用。此实验也可如图3 所示 用蹄形磁铁进行演示。图3如图4 所示，取宽1cm、长 3040cm的铝箔条，两端折成锯齿状后固定 在支架上。演示时如图所

21、示把磁铁放在铝箔中段，当铝箔通电时，铝箔即凸向一 边。(2)通电直导线的相互作用如图5(a)所示装置可用两平行的铝箔管作导线演示电流相互作用，其控 制电路如图5(b)所示。双刀双掷开关置于“1”时，通过两铝管上的电流方向相同，两铝管相互靠近；开关置于“2”时，通过两铝管上的电流反向，两铝管相互推斥。两铝管间的距离对实验效果有很大影响，“相吸”时以35mm为宜；“相斥”时以23mm为宜。电源可用6V蓄电池，操作时只能瞬时接通，否则因电流太大会损坏电源。如果电源部分采用图5(c)所示线路，以 12V蓄电池先对大容量电解电容器(1 000020000叶、耐压25V)充电，然后再通过导线作大电流放电，

22、演示效果明 显而又不会损坏电源。(3)电流天平图6 所示为J11208型电流天平。固定在底座上的线圈B 可用来产生磁场。黄铜制的立柱上有刀槽，用来架起天平臂并导入电流。天平臂一端为铜箔形成的 U 形导线，实验中受磁场作用力。顶端长度为L,并设有中心分界线；另一端装 有祛码挂钩，中央两侧装有刀口，起支持和导电作用。祛码用细金属铝丝制成S 形，可串挂使用，分20mg、40mg、60mg三种。图T演示时，把天平放在水平桌上，调节平衡螺丝使天平平衡，按 图 7 所示连接 电路。调节R|(1 0 Q),使 A1中通过的L 为 IA；调 节 R2(1 0 Q),使 A2中通 过 的 L 为 1 A,这时天

23、平失去平衡，加祛码使天平平衡，由此可得线圈受力为F。当通入线圈电流为2A、3A 时，测得受力为2F、3F。可得到F 和 11成正比关系 的结论。仍用同样方法，改变 L 上的电流，可得出受力F 和 L 成正比。保 持 L、L 不变，拨动天平臂上转换开关K,使导线长度为L/2(即 2 cm),可测出受力 为 F/2,得 F 与 L 成正比关系。综合上述结果，可 得 F B IL。仪器使用前，应将刀口用酒精棉花擦拭，不用时将天平臂卸下放好，防止刀 口损坏。(4)矩形线圈在磁场中受力磁铁用直径为0.53mm漆包线按图8 所示绕矩形线框，共 4050匝。线圈上、下两边的中点各穿一枚钢针，然后用线扎牢在线

24、框上、下边上。让针尖朝外，并把线圈引出的两端分别焊在针孔内。这样两根针既作引出端乂作转动轴。根据线 圈和条形磁铁尺寸，按图作木框架，在木架上、下各固定一个阴报钮作为轴承。把线圈框轴支承在阴揪钮孔内。用多根条形磁铁，把相同极性作一组分别插入木 支架两边缝内。演示时从两阴揪钮处给线框通以电流，通电线框在磁场作用下发生转动。改 变电流方向或磁场方向，线圈的转向也随着改变。（5）磁场对运动电荷的作用阴极屏板阳极图9狭缝如图9所示，抽成真空的玻璃管竖直插在底座上（也有卧式），管的顶端 为阴极，下端为阳极，两极之间斜着安装一个带有狭缝并涂有硫化锌的屏板。演示时用感应圈作电源。启动感应圈，管内产生阴极射线，

25、射线通过管内狭 缝在屏上可描出绿色光迹。用 蹄 形（或条形）磁铁作磁场，射线束偏转。磁极方 向改变，射线束偏转方向随着改变，演示了电荷运动方向、磁场方向及运动电荷 在磁场中受力方向之间的关系。也可以利用“稀薄气体放电管组”中真空度为0.02mmHg的放电管一支，加上 高压，此管发出阴极射线，然后将磁铁接近管子演示。由于没有荧光屏，呈现的 荧光较弱，实验宜在暗室进行。图 10所示为电子束演示器（J14476型）。演示时将演示器的加速极电压 及偏转极电压的控制旋钮都逆时针转到底，偏转极电压开关置“断路”位置。接通 电源，预热5 分钟。然后慢慢提高加速极电压，电子束管内出现一条绿色光迹，继续升高加速

26、极电压，光迹就越亮，表明电子运动速度加快。用条形磁铁靠近管 的中部，看到光迹偏转，磁铁离管越近，光迹偏转角度越大，从而证明运动电子 受到的作用与磁感应强度成正比。如果保持磁铁与电子束管的距离不变，当加速 极电压增大时，光迹偏转角度减小；当加速极电压减小时，光迹偏转角度增加。这证明电子束偏转角度与加速极电压成反比，也就是与电子运动速度成反比。此实验也可利用一般示波器，在磁场作用下，电子束在荧光屏上的光点（或 扫描线）位置变化进行演示。开启示波器，屏上出现光点，把磁铁置于荧光屏平 面，光 点 移 动（图 11）。图11为防止屏上长时期出现较亮光点而损坏光屏，演示时也可把光点调成扫描线进行。图12是

27、演示电子束在匀强磁场中作圆周运动的“洛仑兹力演示仪”。此仪 器可以在三维空间观察到电子在磁场作用下的运动轨迹。仪器由演示电子管（威 尔尼特电子管）、线 圈（亥姆霍兹线圈）和电源三部分组成。演示电子管是一个 带颈大玻璃泡，内装一个由阴极、调制极、加速极及一对偏转板组成的电子枪。管内充有一定量的混合惰性气体。当各电极加上工作电压后，枪内发出,束经加 速和聚焦的电子束，管内气体发光，显示电子运动轨迹。线圈由两个串联而成，两线圈同轴平行放置，通电后线圈轴线中点附近可得到一个均匀磁场。图12演示时，将演示电子管插入仪器盖板中央的管座内，使管子位于线圈中间，将面板所有旋钮逆时针旋到底。接通电源预热，按下“

28、加速”开关，旋动“加速电 压”旋钮，当加速电压达150V时即有电子束射出。旋动“激磁电流”旋钮，给线圈 加上电压，随着激磁电流增加，电子束开始偏转，并构成一个圆形或螺旋形轨道。旋动“调制电压”旋钮，使电子束处于最佳聚焦状态。拨动演示电子管，改变电子 速度方向和磁场方向间的夹角，即得各种交角下电子运动的螺旋轨迹。此仪器还可观察电子在电场作用下的运动轨迹：将仪器面板后面的“偏 转1”和“电压”用导线连接，“偏 转2”和“偏转”连接，按下“加速”开关，调节“偏转电压”旋钮，即得电子束在一对偏转板电场作用下的偏转。仪器使用时应注意，加速电压不能大于300V,否则电子束散焦严重。观察电子螺旋轨迹时，为了

29、能观察到较多的螺旋圈数，可适当增加激磁电流,但演示时间不宜太大。皴虑血卡 金-匐在形 电极形电极 如 图1 3所示装置可演示洛仑兹力，在玻璃皿中放入硫酸铜溶液，中心放-圆柱形电极，边缘为环形电极，玻璃皿放在磁铁中间，再在溶液上撒些小纸屑。演示时两电极分别接电池正、负极，液体便旋转起来。改变磁极方向或电源 正负，都可改变液体旋转方向。说明了磁场对电流的作用。蹄形磁铁也可用磁环放在培养皿底部代替。若需放在投影器上投影，磁铁可 用 环 形 线 圈（采用破.4 1 m m漆包线在环上绕5 0 0匝）套在培养皿上代替。通电（6 V直流）后产生磁场。两极电压不宜过大，否则电极腐蚀很快，纸屑也容易 吸附在电

30、极上。如果纸屑运动速度不够大，可适当增加磁场强度或增加绕圈两端 的电压。硫酸铜溶液的转动并不是正、负离子的运动。正、负离子的运动情况比较复 杂，它们首先受到径（圆形电极的径）向电场力的作用（正、负离子受力方向相 反），产生径向运动。由于运动中离子还受洛仑兹力的作用（对正、负离子方向 都一样），偏离径向变为较复杂的运动。运动虽然复杂，但总有沿切线方向（与 圆形电极的径向垂直的方向）的分运动，这个分运动的动量作用于溶液，使溶液 产生了环形的流动。实验从宏观上用“安培力”来解释溶液旋转的现象，与微观解 释并不矛盾，但使问题变得简单易懂。电磁感应(1)电磁感应现象示波器如 图1所示，在线圈管上用(p

31、O.5 1 m m漆包线密绕5 0 0匝，头、尾分别与示 波器“Y输入”和“地”接线柱相接。演示时，将示波器扫描频率调到5 0 H z左右。当磁铁插入线圈或从线圈内拔 出时，荧光屏上出现线圈所感应的电压波形，且波形方向相反。说明磁铁插入线 圈和拔出线圈产生的感生电动势方向相反。演示前应先将干电池的正、负极分别接示波器“Y输入”和“地”接线柱，扫描 线 将 向 上 移 动 段距离；电池反接，扫描线将向下移动一段距离。说明示波器能 检验感生电流的方向。(2)自感按图2 所示，L 为铁芯线圈，用（pO.51mm漆包线在截面积为68cm2的 铁芯上绕1000匝，R 为 10Q可变电阻，两小灯泡A、B

32、均为6.3V,电源E 为 1 0V蓄电池，K 为电键。演示时，先闭合电键，调节R 使两小灯泡亮度相等，再断开电路。在迅速 接通电路瞬间，L 产生一个自感电动势，叠加在小灯泡A 上，所以A 灯泡较B 灯泡亮。随着电流稳定，两灯泡亮度变为相同。迅速切断电源，L 乂产生一个自感电动势附加在小灯泡A 上，A 突然闪亮后 才熄灭，而 B 随着电源的接通和切断正常发光和熄灭。如果在接通电路时，能使通过铁芯线圈的电流方向跟上次实验时的电流方向 相反，则由于铁芯在反向磁化时呈现较大的自感量，实验现象更为明显。为了演 示方便，可用双刀双掷开关代替电键。E图3如图3 所示，L 为日光灯镇流器（或采用变压器原理说明

33、器中400匝的线 圈，不套铁芯），N 是演管（起辉电压约为70V）,电池组电压为4V。演示时,闭合K,颊管不亮。在迅速断开K 的瞬间，凝管发出红色辉光，此辉光只产生 在窟管电极b 的周围。因为直流电使筑管中通气发生辉光放电时只发生在负极附 近，由此断定，线圈L 断电时的自感电动势，B 端低于A 端。线圈自制时，在直径约40mm的线圈管上用（p0.51mm的漆包线密绕400-600匝。（3）楞次定律a图 4如图4所示，在 软 铁 棒（直 径1015mm,长 约15cm）的线圈架上，用直 径约0.7mm漆包线密绕1000匝。将日光灯启动器铝质外壳剪成3个 宽 约10mm 的铝环，其中一个环是开口的

34、。演示时，线圈接812V蓄电池，接通电源瞬间，套在铁芯两端的闭合铝环 分别向外移动甚至从端部跳出，而开口铝环却原位不动。保持线圈中通过恒定的 电流，再将闭合铝环套在铁芯上，释放后都停在原位不动。这表明恒定的磁通量 不能在闭合铝环中产生感生电流，因而环不受磁场力。再迅速切断电源，在断开的瞬间，开口铝环仍然不动，而闭合铝环却在铁芯 上向内移动。实验时，线圈持续通电时间不宜太长，以防线圈过热或损坏电池。（4）涡流涡流的热效应，用硅钢片叠成如图5所示铁芯，另准备一块和铁芯相同形 状、相同大小的铁块。在它们外面都绕以相同的线圈（用（p0.47mm漆包线绕10 00 匝）。演示时在铁芯和铁块上各用蜡固定一

35、面小旗，两线圈并联接入50V左右交 流电。通电后不久，铁块上的小旗因蜡熔化先倒下。这说明铁块产生的涡流比铁 芯强，铁块易发热，而铁芯涡流电阻大，电流强度减弱。如果线圈接直流电，两 个线圈都不易发热。图5阻尼盘，用厚0.61mm的平整铝片，做两个直径约15cm的铝盘，其中 一个铝盘沿径向开有直缝。图6演示时先将无缝铝盘插在玩具电动机的转轴上，调 节R,玩具马达以一定转 速转动。当用强磁铁（儿根条形磁铁同极同向用绳缚住）靠近转动圆盘时（图6）,由于涡流作用转速显著变慢。换用有缝铝盘重复上述实验，当磁铁靠近圆盘时，其转速无明显变化。交流电和直流电的比较（1）图 1所示为交、直流特性显示板。把吸有碘化

36、钾（5%）和 淀 粉 液（1.5%）的 滤 纸（宣纸、毛边纸均可）铺在铜箔板上。演示时接6 V 直流电，其负极接铜箔板，正极接表棒，用表棒在纸上划动，留下蓝色的线条。交换电源正、负极，表棒再在纸上划动，纸无蓝色点迹出现。说明表棒只有接正极时，纸上才出现蓝色。换 接 6 V 交流电，表棒在纸上划出的 是一些断续的蓝色线段，而不是连续的线条。说明电流方向周期变化，表棒的正、负极交替变化。如果不用铜箔纸，直接将纸铺在板上，两根表棒在滤纸上划动（图 2）：接直流电时，仅在表棒正极有蓝色划痕；若接交流电，纸面上同时出现两 条断续相间的线段。通电后产生电解，碘离子在正极失去电子，析出单质碘，使淀粉变蓝。由

37、于交流电极性周期变换,纸条正、反面都出现间隔的蓝色痕迹。（2）如 图 3 所示，把发光二极管Di、D2和限流电阻R 固定在木棒上。演示时先接直流电（6V）,因仅管发光，所以左、右挥动木棒时，观察到 条 亮 线(图3(a)o然后接交流电(6 V),因两管均发光，所以当挥动 木棒时，可以看到两条相互平行的断续亮线(图3(b)o上述实验也可用血管演示。按图4所示方法，分别将筑管接入交流和直流电 路中。当接直流电时，强管导电，仅在负极出现辉光；接交流电时，因两个电极 没有恒定的极性，任何一个极片，每隔半个周期轮流变成正极，所以两个极片都 出现辉光。图4100V0)100V(a)如果将此气管固定在棒上，

38、接直流电挥动时，可观察到条连续的光，而接 交流电时，是频闪的光点。(a)(b)图5(3)图5 所示为用示波器观察交流电和直流电波形电路实验选用的示波器,频响必须从直流(D C)开始。演示时，把示波器的交流、直流选择开关(A C-D C)拨向DC档，开启示 波器，调节有关旋钮，出现扫描线。然后按图5(a)把直流电压输入到示波器,扫描线在竖直方向移动，直流电压越高，移动幅度就越大。改变直流电压极性，移动方向改变。按图5(b)接线，B|为调压变压器，B2为220V/6V灯丝变压器。调节Bi，示波器屏上即得幅度可变的交流波形。交流电的产生(1)如图1所示连接电路，图中演示电流计拨在“C”档，并调成中心

39、零位 式(量程为lOOA0 5lOOpiA)。电机原理说明器(J11216型)的定子激励 线圈接低压直流电源6V输出，两个电刷分别与两个完整集流环接触。演示时，匀速旋转线圈，电流表指针以零位为中心左、右对称摆动。表明电 枢线圈中产生的电流（电动势）的大小和方向都随时间作周期性变化，因而显示 的是交流电。缓慢地转动线圈，还可清楚观察到线圈转动半周，感生电流方向改 变一次，以及线圈在磁场中的位置与交流电瞬时值的关系。线圈匀速旋转时，其周期与电流计指针的振动周期（约2秒）应接近。如转 速过大，指针因惯性，摆动的幅度减小。实验中若发现指针偏转角度较小，可加大激励电压（1216V）,但因电流 过大，演示

40、时间要短。也可给电流计加接“微电流放大器”放大电流。（2）图2所示装置可演示旋转磁场或旋转线圈产生交流电。演示时，两个电刷分别与两个完整集流环相连，线圈输出接线柱和演示电流 计相连。当转动磁铁框架或旋转线圈时，电流计显示有交流电产生。图3（3）图3所示装置，是在原交流发电机模型基础上增加个模拟交流信号 源，并用演示电流计显示。电阻线圈是用破.51mm的漆包电阻丝均匀穿绕在 长30mm、直 径40mm的塑料管上首尾相接而成（总电阻约1020C）,且固定 在作为电池盒的支架上。它的首尾端接点（A）和它正对面的一点（B）各引出 导线接电池正、负极。转轴上装有两相互绝缘的滑动电刷，紧压在电阻线圈一端

41、面上，用砂纸把此端面的漆层砂去，使电刷和电阻丝保持良好接触。沿环是两个 有槽轮子，槽内绕有的裸铜丝分别和滑动电刷相连。滑环上电压通过底座上电刷 输出。演示时，底座上电刷接演示电流计（调成中点零位式）。转动滑动电刷，从 电流计摆动情况可观察到，当“转子”在“磁场”里转动时，就输出了“交流电”。模型演示时，旋转速度可以很慢，必要时甚至可停下来，但电流计仍能指示 出“转子”在该位置上切割磁力线运动时所产生的感生电流（感生电动势）。实际 上转子在静止时是不会产生感生电动势的，这种类似电影里的“停格”可用来讲解 交流电的产生，判别感生电流的方向，研究交流电相位与转子切割磁力线受力方 向之间的关系。交流电

42、的最大值和有效值（1）用氟管演示交流电的最大值和有效值关系如 图1所示，示教板上装有窟管（串一 3kQ限流电阻），电压表为具有交 流250V和直流250V两种量程的。交流电源用调压变压器，直流电源用J02405 型直流高压电源（为使此电源直流高压输出可调，可把电源的电源线接调压器的 输出端）。演示时，将K拨向交流，电压表接交流档，调节交流输出至筑管刚起辉,此电压是使短管起辉时的交流电压有效值U。将 K 拨向直流，电压表接直流档，调节直流输出至氮管刚起辉，此电压即为现首起睁最大值U.阻 嫡 次 的 电 压 示 数，可 以 侬 J =万碓 庆 蜃.一V直流二b二 交 流K图 1同一型号的筑管，其起

43、辉电压不相同，两个电极相距较近者，起辉电压较低。同一家管的起辉电压随环境温度不同而变化，温度升高，起辉电压降低。实验时，当颊管起辉后，应立即读取电压值，然后把电压降下来，以免演管 发光时间过长，温度升高。每次实验后，要有适当的间歇时间，让敏管冷却后再 用。本实验原理简述如下：就管的起辉电压是一定的，当交流电压加至演管两极时，如果该电压刚能使 家管起辉，这是交流电压的最大值作用结果，此时若用交流电压表，测出的仅是 电压有效值U。筑管的起辉电压，可以这样来测定：将直流电压加至氟管的两极，逐渐升 高所加的电压，直至筑管刚起辉为止，这时电压即为筑管的起辉电压，其值可用直流电压表读出，此值等于交流电压最

44、大值Um。筑管也可用日光灯启动器内的颊泡代替。（2）用电容器测交流电的最大值和有效值。实验装置如图2所示，交流电压表插上“空”标度盘，直流电压表插上“2.5V”标度盘。演示时，将K拨 向1,交流电压表显示的是全波整流后单向脉动电压的有效 值，即交流电的有效值U。K拨 向2,这时单向脉动电流向C充电，直流电压表 显示的是单向脉动电流向电容器充电后的最大值，即交流电的最大值Um。比较 U和Um值，可得两者关系。交流电的电压和电流的相位差(1)如 图1所示，L为调压变压器的全部线圈(也可用电感量为儿百亨利,绕组电阻较小的扼流圈)，虚线框内是模拟的低频信号源，其 中R为电位器，考虑到负载电阻对输出电压

45、的影响，应选择阻值远小于负载电阻的电位器(数百 欧 姆)。两节电池串联，中间抽头，作为交流输出一端。信号频率由来回旋动电 位器的速度来定，要和演示电表指针的摆动国有频率配合，这个频率因表而异,般周期在L52秒左右。为比较电压表和电流表指针的相对位置，可把指针 涂成不同颜色，并把演示电表的标度盘抽去，将它们叠放在一起。演示时，将选择开关K i依次接在电阻R Y lO k)、电容C(100g)电感L 上，以演示纯电阻电路、电容性电路、电感性电路中电流、电压的相位关系。U.C2500Hz A Ro 100Q(b)图21200QA B地输出-O O O(2)图2(a)所示电路可.演示R、C交流电路的电

46、压和电流的相位差。图 中500Hz交流信号可取教学信号源或学生信号源。演示时，将电子开关的“频率范围 置于550k”赫兹档，示波器的“扫描范 围,，置于“1001k“赫兹，“丫衰减”置于“1”档，W的阻值调到最大。输入交流信 号，调节有关旋钮，示波器的屏上就显示出标志电流和电压的波形。演示中可分别调节A增幅和B增幅旋钮，使学生分清哪条曲线是表示电流，哪条曲线是表 示电压。再观察它们的相位差，发现在W阻值很大时，电流和电压的相位差儿 乎为零。然后逐渐减小W阻值，可见电流的波形曲线向左错开，说明电流超前,相位差加大。到W阻值调到零时，电流超前电压近90。图中W、C、R）所取 数据能使相位差接近于0

47、。90。变化。电子开关的频率范围选择，是从示波器屏上的图线连续的要求考虑的。通常 信号频率高时，电子开关的频率取低段，反之取高段。当变阻器W阻值减小时，电流波形的幅度增大，因此在演示过程中，要适 当调整相应的电子开关增幅旋钮，使示波器屏上的两条曲线的幅度不致相差过 大。图2（b）所示电路可演示R、L交流电路中电流和总电压的相位差。图中L 用可拆变压器的200伏线圈（带铁芯）。演示时，电子开关的“频率范围”置于“5 50k”赫兹档，示波器的“Y衰减”置于“1”档，“扫描范围”置于“1001k”赫兹档，增益旋钮右旋到底，W的阻值调到最大。输入交流信号后，适当调节有关旋钮,示波器屏上就显示出标志电流

48、和电压的波形，它们的相位差大于0。而小于90%将W阻值调小时，相位差就逐渐增大；当W阻值为零时，相位差接近90。交流电的功率(1)图1 (a)所示电路是用瓦特表测有功功率和视在功率。图中C为4个 200/F并联，L取变压器原理说明器的红色线圈，线圈套在U形铁芯的一个臂上(条形铁芯不用)，从“0”、“2”端引出导线，瓦特表插上注有“25V1A”标度盘，量程为025W。电压表和电流表的量程分别为交流。10V和交流。1A。电 路的A、B端接交流8 V。演示时，闭合K i，组成纯电阻电路。此时灯泡发光，瓦特表指示的有功功 率为P,电压表和电流表的示数分别为u和I,则$=可为视在功率。由实验可 知，在纯

49、电阻电路中，有功功率P等于视在功率S,功率因数cos|/=P/S=lo断 开K i，接通K2，接入L,组成纯电感电路。由实验可知P V S,功率因数cos w l o只接通K 3,组成纯电容电路，此时电压表和电流表仍有指示，但瓦特表指 示的有功功率P却等于零。说明电容器可储存电场能量，它和电源之间进行着可 逆的能量转换，而不消耗电功率。同时接通K2、K 3,瓦特表的示数几乎为零，但电流表的示数却明显减小。说明由于电容的接入，功率因数提高了。演示瓦特表(J01404型),其外形如图1 (b)所示。其上CZI、CZ2接线柱 为电流接线柱，连接时与负载串联；CZ3、CZ4为测量电压用，连接时与负载并

50、 联，演示前应向学生说明四个接线柱的用法。图2(a)所示J01401W功率变换器是J01401型演示电表的专用附件。使 用时，演示电表拨在“A V”位置，同时更换25W表牌，其电路按图2(b)所示连 接。(b)图2(2)如 图 3(a)所示：示教板上，并联有电容器、日光灯和白炽灯，并分 别可用K I、K2、K3接入电路。演示时，先后闭合K|、K2、K 3,可得在纯电阻电 路中，电感性负载的功率因数的变化以及电容器接入后功率因数的提高。上述实验中，日光灯的亮度及瓦特表的示数在电容器接入前后几乎不变，因 此在演示时可省去瓦特表，仅从日光灯的亮度不变来说明消耗的功率相同，还可 用 68 V、lw 的