熊小蘭 黃春如

(江西省樟樹第三中學 江西 宜春 331200)

“變壓器”一節(jié)的實驗教學[1]，特別是探究性學習，由于考慮人身安全因素，一直以來是中學物理教師不愿也不敢放手讓學生去做的主要原因之一．為了更好地在教學中落實物理課程的三維目標，使學生更好地經(jīng)歷科學探究過程，認識科學探究的意義，嘗試應用科學探究的方法研究物理問題，驗證物理規(guī)律，我們設計制作了直流變壓器，供學生進行探究性學習，收到了很好的教學效果．

文獻[2]使用直流電源串接簡易直流電機，產(chǎn)生出脈動電流，實現(xiàn)了直流電能通過變壓器的傳輸．該文被《中學物理教與學》2011年第8期全文轉(zhuǎn)載．現(xiàn)在原文的基礎上，介紹一款用直流模擬出正弦交流電的實驗方案，以其對原文的補充完善，供同行們參考．

1 實驗原理圖

實驗原理如圖1所示．

圖1 直流電通過變壓器傳輸?shù)墓ぷ髟韴D

2 實驗實物連線圖

實驗實物連線如圖2所示.

圖2 直流電通過變壓器模擬交流電實物連線圖

3 工具材料及制作過程

3.1 工具與材料

尖嘴鉗，電烙鐵，繞線機，蓄電池E(24 V，二組12 V串聯(lián))，單刀開關S，滑動變阻器R(50 Ω,1.5 A)，直徑約2 cm的PVC導管(護線管，制作原、副線圈骨架)，線徑約0.5 mm的漆包線(繞制原、副線圈)，耦合線圈的鐵芯(彩電行輸出中的鐵氧體磁芯)，LED，導線等．

3.2 制作過程

(1)滑動變阻器的加工改制.找準滑動變阻器R(50 Ω,1.5 A)電阻線的底部中間O點處的一匝或二匝線圈，用小刀刮掉部分絕緣漆，然后用電烙鐵焊接出中心抽頭，線的另一端焊接鱷魚夾．

(2)原、副線圈的繞制.依據(jù)線圈鐵芯的尺寸(鐵氧體磁芯的大小)，選直徑約2 cm,高約3.5 cm的PVC管加工成原線圈骨架，并用0.5 mm的漆包線在其上繞60匝，線圈兩引出端焊接用于活動連接的銅質(zhì)插孔(從廢舊電腦插接線中取用)，以便實驗時靈活接入電路之中．選約2 cm高的二段PVC管加工成兩個獨立的副線圈骨架，用0.5 mm漆包線在其上各繞120匝．線圈兩端焊接上連接導線和銅質(zhì)插孔．

(3)負載(LED發(fā)光面板)的制作.將繪制好LED符號及連線的彩印紙粘貼在泡沫面板上，在面板上對應位置安裝LED并在其反面按要求進行連線、焊接，上、下節(jié)點用不同顏色的細導線焊接并將其穿孔引至面板的正面，引線的另一端與插針連接．并用金屬絲和硬泡沫板制作支架和底座．

4 直流轉(zhuǎn)換成正弦交流的理論分析

如圖1,選O點為原線圈所加電壓UPO的參考點，當滑動觸頭P來回移動時，P點相對于O點的電壓UPO的大小和方向隨時間交替變化．

變壓器原線圈1,2接于P,O兩點之間，給變壓器原線圈供電電壓即為UPO，當原線圈未接入電路時，流過R的干路電流為恒定值I， 其值約為

若變阻器觸頭P在手的作用下的運動可近似為簡諧運動，則變壓器原線圈輸入電壓近似按正弦(或余弦)規(guī)律變化，即

UPO(t)∝Umsinωt

或

UPO(t)∝Umcosωt

5 對直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷膶嶒烌炞C

按圖1連接電路，閉合開關，使觸頭P近似簡諧運動，可觀察到電流表A和電流計G的指針左右接近等幅度的搖擺．LED交替閃亮．

參考文獻

1 普通高中課程標準實驗教科書.物理·選修3-2(第2版) .北京:人民教育出版社,2006.39～42

2 黃春如，熊小蘭.直流變壓器的設計、制作與教學.物理通報,2011(3):45～47