对教材一个演示实验的改进

1 教材给出的演示实验 高中教材(人教版)《物理·选修3-2》 第五章第3节"电感和电容对交变电流的影响"中,有一个展示电感对交流电阻碍作用的演示实验,如图1所示. 把带铁芯的线圈L与小灯泡串联起来,先把它们接到直流电源上,如图1(a)所示;再把它们接到交流电源上,如图1(b)所示.取直流电源的电压与交流电源电压的有效值相等,观察两种情况下灯炮的亮度. 这个实验说明了什么? 2 对演示实验的评价 该演示实验直观地展示了电感对交变电流的阻碍作用,对学生认知电感的"通直流阻交流"特性,起到了很好的铺垫作用.     

电感和电容对交流电的影响的实验设计

观察和实验是学生认识物理现象、获得有关感性认识的源泉,是学生学习物理知识、掌握科学方法的基础,同时也是研究和学习物理的重要手段.在高中物理"电感和电容对交变电流的影响"一节中,课本上设计的演示实验不能区别对于电感、电容对交变电流的具体影响;特别是在论述当交变电流的频率发生变化时,课本只是进行了理论上的阐述,没有相对应的实验演示来说明.这使学生在学习过程中缺乏感性认识,对这些规律基本上以记忆为主,缺乏深入的理解,教学效果不理想.我们在教学中摸索出一套演示实验,取材方便、操作简单、现象明显,能够有效地给学生答疑解惑,增加学生学习物理的兴趣.     

利用低音炮和Audalyzer探究电感电容对交变电流的影响

"探究电感、电容对交变电流的影响"的实验现象相对抽象,难以理解.利用低音炮和Audalyzer从不同的角度对电感、电容对交变电流的影响的几种情况进行了研究,现象明显、直观,容易理解.     

电感电容对交直流电的影响的演示

在现行高二物理教材中,学生认为"电感电容对交变电流的影响"这一节内容比较抽象,难以理解,更难以掌握.而实验室内又无现成的仪器.为此,笔者设计并制作了教具"电感电容对交直流电的影响演示器".如图1所示.     

低频信号发生器在感抗、容抗实验中的应用

普通高中课程标准实验教科书《物理》选修3-2第五章第三节"电感和电容对交变电流的影响",在讲电感对频率变化的交流的影响时是这样描述的:"实验和理论分析都表明,线圈的自感系数越大、交流的频率越高,电感对交流电的阻碍作用就越大,也就是说,线圈的感抗越大."同样地,在讲电容对频率变化对交流电的影响时也是这样描述的:"理论和实验分析都表明,电容器的电容越大,交流的频率越高,电容器对交流的阻碍作用就越小,也就是说,电容器的容抗就越小."     

演示电感和电容对交变电流影响的装置

将电源、电容、电感、电阻及小灯泡安装在电路演示板上,连接不同的电路,通过灯泡的明暗,可以分别直观地展示出电感和电容对交变电流的影响,同时也可以探究影响电感感抗大小的因素.     

关于电容、电感对交流电的影响实验的改进设计

如何简便而又明显的利用实验来验证或者探究电容和电感对交变电流的影响呢?我们未采用普通高中课程标准实验教科书物理<选修3-2>介绍的实验,而是利用如下的实验;实验现象明显,易于比较,效果较好.现将实验电路以及实验的具体操作方法介绍如下.     

关于“电感和电容对交流电的影响”实验改进与自制

人教版普通高中课程标准实验教科书《物理&#183;选修3—2》第五章第3节电感和电容对交流电的影响,课本上的演示实验效果不是十分理想：通过多方面的实践探究,不断总结经验,笔者设计和自制了两块实验板,分别就电感、电容对交流电影响进行研究,采取两灯泡明暗对比法,效果明显直观．     

LED在物理演示实验中的应用

本文利用发光二极管对电磁感应现象、自感现象等演示实验进行了改进,并用多个发光二极管组成的阵列形式来模拟直流电流流动方向和对电容的充电、电容的放电现象的演示,加强学生对直流电流的方向性的认识,便于学生观察电容的充电、电容放电的整个过程,明显提高了实验的效果。     

电感和电容对交变电流影响实验的改进

自制演示实验板,将电感实验和电容实验器件制作在同一电路板上,通过切换开关做不同类型的实验.增加对照灯,利用智能手机记录光照度,对比实验灯所在支路接入电感或电容时实验灯和对照灯的亮度,学生可以直接观察电路中电流的变化.     

电阻电容和电感元件在交流电中的星-三角等效变换研究和仿真

基于纯电阻的Y-△等效变换和交流电的相量运算规则,对电阻、电容和电感元件的星形连接和三角形连接进行等效变换.在变换过程中利用基尔霍夫电压和电流定律,并结合相量的代数式、指数式和极坐标式来对相应方程进行运算,最后得出电阻、电容和电感的Y-△等效变换公式,并对其进行相应的仿真验证.通过计算和仿真发现,对于纯元件电路中,当Z L+Z C=0时其等效变换可以进行,否则就不能进行等效变换.     

GaN发光二极管表观电容极值分析

利用正向交流(ac)小信号方法对GaN发光二极管的电容-电压特性进行测量,可以观察到GaN发光二极管中的负电容现象。正向偏压越大,测试频率越低,负电容现象越明显。测量到的负电容现象是表象,不存在负电容;提出GaN发光二极管p-n结的结电容在特定的正向电压范围内等效于可变电容。分析可变电容对正向交流小信号响应得到:特定参数的可变电容使结电容电流相位落后于交流小信号电压相位π/2,使得在测量中表现为负电容。发现表观电容-正向电压曲线的极值点与理论模型相吻合,证明了该理论模型的正确性。     

发光二极管负电容与复合发光关系

利用正向交流(ac)小信号方法对发光二极管(LED)的电容-电压特性进行测量,可以观察到发光二极管中的负电容现象。通过对复合发光机理和发光二极管p-n结进行分析,得到了发光二极管在特定的正向电压范围内,由于发光概率复合急剧变化出现了＜0的现象;当＜0时,分析发光二极管结电容在正向偏压下对交流小信号的响应得到发光二极管表观电容的电流相位落后交流小信号电压相位,发光二极管表观电容表现为一个负电容。首次得到了发光二极管负电容与复合发光的关系表达式。     

含磁芯线圈动态电感计算

 从电感的基本定义出发，推导了一个新的递推公式，可准确地对含磁芯线圈动态电感进行数值计算，并在纯电感、含有5匝磁芯线圈和含有17块铁氧体大环磁芯的感应腔在双脉冲励磁情况下分别计算了动态电感量，验证了该方法的可行性。通过电感值可反推出磁芯在各种情况下磁导率的变化曲线，从而确定磁芯的磁特性及其适用范围。     

The Analysis and Calculation on ECRH Anode Circuit on the HL-2A Tokamak

In the last year, ECRH system has been built in the HL-2A and the testing of gyrotron is also finished. In the project testing, one of the problems is current-peak occurring in the anode circuit of gyrotron. The current-peak is much larger than that of the value set in protection circuit. The frequent current-peak frequently occurring in the rising of anode-voltage often caused the protection circuit to mistaken trigger. The mistaken triggering often halted the normal gyrotron-testing. A set of equations of anode circuit are derived for analysis the phenomena of the current-peak. The calculation based on the deduced formula shows that value of the current-peak strongly depends on the inductance L, capacitance C and the ramp-time of anode voltage in the anode circuit. The conductance L and capacitance C are the characteristic inductance and capacitance of the cable that is used for anode HV power supply. The numerical calculation is exactly consistent with waveform of the current peak recorded by oscillograph, that means the derived formula are correct. In order to decrease the value of the current-peak, we should decrease capacitance C, and increase inductance L and ramp-time of anode voltage.     

基于最小电压法的超声换能器谐振频率自动跟踪*

首先分析了最大电流法跟踪超声换能器谐振频率的原理及应用范围。研究了基于由串联电感和并联电容匹配电路下,不同频率时换能器两端电压电流的变化规律。研究表明在串联电感和并联电容匹配电路下发生谐振时,换能器两端的电压最小而电流并非最大。由此形成了采用最小电压法跟踪谐振频率的自动跟踪策略,并给出了该方法的具体实施步骤。论文研究结果为换能器谐振频率的自动跟踪方法提供了新的选择。     

基于粒子模拟的磁绝缘传输线等效电容和等效电感的计算

提出了一种基于粒子模拟的磁绝缘传输线等效电容和等效电感计算方法,在层流模型得到的同轴磁绝缘传输线等效电感和等效电容理论公式中引入修正因子,对粒子模拟所得结果进行数值拟合,获得了等效电容和等效电感修正因子依赖于电压的拟合表达式,修正后的等效电容和等效电感理论公式与粒子模拟结果符合较好,所得结果可用于磁绝缘传输线的等效电路建模。     

基于图像识别技术的随机线缆束建模及分布参数统计分析

提出了一种对实际弯曲随机捆扎线束的建模方法,该方法首先基于图像识别技术,使用实际线束在侧视和俯视方向的两幅照片来实现弯曲线束轴心三维坐标的重建,然后再基于随机转移路径方法实现弯曲线束的捆扎随机性。基于该建模方法,通过蒙特卡洛模拟来分析弯曲随机线束分布参数的统计特征,发现自电感、互电感和互电容均值沿线变化趋势与线束高度变化趋势一致,自电容均值则趋势相反;自电容、自电感和互电感的变异系数与线束高度存在负相关特征;捆扎随机性不会改变自电感和自电容均值,但是会降低互电容与互电感均值。     

磁绝缘稳态电路编码中等效电感和等效电容的计算

 从层流模型出发,根据线电压和线电流,给出了磁绝缘稳态时传输线极间的电磁场分布的解析表达式。在此基础上,计算了考虑空间电子效应后处于磁绝缘稳态的传输线等效分布电感和电容,以改进磁绝缘稳态的电路单元模型。利用该方法,模拟计算了Z加速器的MITL-A在磁绝缘稳态时的等效分布电感和电容。结果表明,等效分布电容随空间电子效应的增强而变大,而等效分布电感随空间电子效应的增强而变小;且线电压越低,等效分布电感和电容随空间电子效应的增强变化越快。     

基于电流反馈运算放大器的忆阻混沌电路设计与仿真

将电流反馈运算放大器和四种基本电路元件电容、电感、电阻、忆阻器巧妙结合,设计出一种新型忆阻混沌电路.分析系统的基本动力学行为,如耗散性、平衡点稳定性、相图、Lyapunov指数和参数影响等.数值仿真结果表明,该电路可产生一类特殊的混沌吸引子,且随系统参数的演变可产生丰富复杂的混沌特性.为了验证系统的正确性,设计了实现该系统的仿真电路,Pspice仿真结果验证了理论分析的正确性.