直流电与交流电相互转换的实验研究(2)

　　2.2直流电变为交流电的实验探究

　　组员沈小芳、沈春燕、平丽娇

　　方案一

　　实验材料面包板、电线、开关、3V电池组、6V转220V变压器、带灯座的小灯泡、发光二级管红黄各一个、DIS电压传感器及数据采集器、笔记本电脑及朗威DISlab6.0通用软件.

　　实验原理一般情况下变压器是不能耦合直流电的，而本电路的实验原理（如图10所示）是：利用开关S的通断状态的交替变化来使电池的直流电流转换成直流脉动电流（断续的电流），直流脉动电流可看成稳恒直流成分和交流成分的合成，直流脉动电流的稳恒直流成分产生稳定磁场，不能在次级线圈中产生感应电动势，而直流脉动电流的交流成分通过变压器变压后，在次级线圈中产生感应电动势.即当开关S闭合的瞬间在低压绕组上产生的直流脉动电压经变压器耦合在次级绕组上感应出下正上负的感应电动势，LED1正向偏置而瞬间导通发光闪烁，LED2反向偏置截止不发光.当开关S断开的瞬间在低压绕组上产生的直流脉动电压经变压器耦合在次级绕组上感应出下负上正的感应电动势，LED1反向偏置截止，LED2正向偏置瞬间导通发光闪烁.因此，在开关S的通与断的瞬间变压器的高压线圈上感应出交变电动势，这样就完成了直流到交流的转换.

　　实验步骤（1）首先闭合开关，在电池的作用下小灯泡发光，而发光二极管LED1、LED2都没有工作，从实验看出由电池E、小灯泡、变压器B的低压绕线组、开关S等组成的闭合电路中形成了恒定的直流电流，而次级绕线组的回路中没有电流.

　　（2）改变开关的通断频率，当开关的通断频率控制的较低时，次级绕组回路中的发光二极管LED1和LED2轮流交替发光，而LED1发光闪烁与LED2发光闪烁的相邻时间间隔较长.当提高开关的通断频率时LED1和LED2的轮流交替发光闪烁的时间间隔变短.如果把开关S的通断频率提高到接近每秒50次时，会观察到LED1和LED2连续发光的现象，这类似于照明电路中的白炽灯工作的情况.以上实验现象说明了次级绕组中产生了交变电动势，也就是说直流电变为交流电了.图11、图12分别是用电压传感器侦测得到当开关的通断频率较低和较高的u-t图，从图中可以看出，当通断频率逐渐升高时，落在轴上的图像部分逐渐缩短，图线向正弦函数过渡.

　　方案二

　　实验材料面包板、电线、开关、电位器、3V电池组两个、保鲜盒、夹子两个、铜片一对、自制铜线单摆、铁架台、DIS力学轨道附件、DIS电压传感器及数据采集器、笔记本电脑及朗威DISlab6.0通用软件.

　　实验原理如图13所示的装置中，滑线变阻器的阻值为R，长度为L，中点到滑动点两端的距离为x，电源的电动势为E，根据恒定电流的相关知识，可以推导出输出电压U=（[SX（]E[]L[SX）]）x.

　　如果滑动点处在中点左边时，输出电压U是左负右正；滑动点移至中点时，输出电压为零；滑动点移至中点右边时，输出电压U为左正右负.这样一个简单的装置，事实上就实现了将直流电变换为了大小和方向均改变的交流电.如果将滑动点的移动改为小角度单摆的摆动，就能输出正弦式交流电的波形.（如图14所示）

　　实验步骤（1）按图13所示电路图调试电路.

　　（2）在AB之间连接电压传感器，使电压传感器示数置零，左右移动滑片，观察电压传感器示数变化并记录.（如图15所示）.

　　（3）在水槽中灌入一浅盒水，使单摆下端细指针插入水中1cm左右，在AB之间连接电压传感器，使电压传感器示数置零，使单摆摆动，观察电压传感器示数变化并记录.（如图16所示）

　　（4）使单摆的摆球深入水面，使单摆摆动，观察电压传感器示数变化并记录.（如图17所示）

　　实验结果讨论：依据图13所示的原理获得的图线（如图15所示），发现回路中确实出现了大小和方向均随时间做周期性变化的交流电的波形.将滑片的滑动变为小角度单摆的摆动，波形变为正弦式交流电的波形（如图16所示）.特别是使单摆的摆球深入水面，使单摆摆动，可以获得小角度单摆做阻尼振动的波形.（如图17所示）

　　2.3课题总结，感受和建议

　　爱因斯坦曾经说过：“发现一个问题往往比解决一个问题更为重要，因为解决一个问题也许只是一个数学上或实验上的技巧问题.而提出新的问题、新的可能性，从新的角度看旧问题，却需要创造性的想象力，而且标志着科学的真正进[HJ2mm]步.”在研究性学习的道路上我们提出了问题，一步一步的实验，克服一个一个困难，我们的兴趣也一点一点被激起，于是我们更努力地去实验，去研究.

　　3反思

　　我们正在实施新课程改革，我们的物理教材的内容也焕然一新，教材与生活越来越贴近，知识与实际联系得越来越紧密，假如我们在指导学生开展小课题的过程中多像文章开始所提的那样富有创意且与日常生活紧密联系，这对培养学生的创新意识和提高学生运用知识的能力会大有帮助，这也必将使得我们课程改革的步伐走的更稳.