电磁感应定律试验新探电磁感应定律的创立已一百多年了可中学物理.DOC

电磁感应定律实验新探 电磁感应定律的创立已一百多年了，可中学物理实验教学依旧只在重复着法拉梯当年做过的几个定性实验，至今仍无法量化探究或验证，这无疑是中学物理教育的悲哀。作为物理教师，我们有责任传承经典的实验，更有责任开拓创新物理实验方法和手段。为此，我对电磁感应实验进行了改革创新，取得了令人满意的实验效果，现以“电磁感应定律实验新探”为题作简要介绍，供同行们参考。 1. 实验原理 实验装置如图1示，它以电动机及传送带驱动小磁铁穿越线圈，代替常规实验以手动控制磁铁的插拔速度，并以电脑录音设备代替灵敏电流计实施观测。感生电流由电脑麦克风插口输入电脑，电脑录音软件Cool Edit Pro 2.0实时记录电磁感应发生的全过程，从而将动态变化的感生电流转换为静态的脉冲频谱。依据感生电流脉冲的间隔，可调控、测定小磁铁穿越线圈的速度；依据脉冲的宽度，可知电磁感应发生的时间；依据脉冲的振幅，可判断感生电动势的大小。 2. 实验操作 本实验可分三步实施： 2.1. 保持线圈匝数n及磁通量（小磁铁的个数）不变，调控电动机的转速，令小磁铁穿越速度之比为1：2：3，其对应的感应时间之比为3：、2：1，磁通量的变化率之比则为1：2：3，据此可研究随的变化规律。 2.2. 保持线圈匝数n及小磁铁穿越线圈的速度不变，令并排穿越线圈的小磁铁个数分别为1、2、3，磁通量的增量之比为1：2：3，对应的磁通量的变化率之比也为 1：2：3，据此也可研究随的变化规律； 2.3. 保持磁通量（小磁铁的个数）及小磁铁穿越线圈的速度不变，令线圈匝数之比为1：2：3，则可研究随n的变化规律。 综合分步实验的结果，便可量化探明或验证电磁感应定律。 3. 实施效果 图2为磁通变化率一定，感应线圈匝数分别为n、2n、3n时，随n的变化规律的抓屏效果图。 图3为感应线圈匝数n一定，磁通变化率分别为、2、3时，随的变化规律的抓屏效果图。 由抓屏效果图可知：感生电动势的大小ε与线圈的匝数n成正比，与穿过线圈磁通量的变化率成正比，即ε∝n。 4. 制作要点 本实验装置的制作比较简单，但必须注意如下几点： 4.1、主动轮和从动轮应用车床加工，以确保传动装置平稳自如运行；电动机可选用220V40w排气扇电机。 4.2、感应线圈的线径应适当大一点，以求尽量减小线圈的电阻。本实验选用φ0.8mm的漆包线，绕三个直径均为60mm，匝数分别为20、40、60匝的感应线圈，其电阻基本上可忽略不计，实验电路的阻抗基本上不随感应线圈的匝数改变而变化，从而确保感应电流与感应电动势为正比关系。 4.3、橡皮条的两端分别粘贴在传送带上，小磁铁夹放在橡皮条与传送带之间，这样可确保小磁铁自如随传送带穿越线圈圆心。 4.4、感应线圈与电脑的连线最好选用屏蔽线，这样可有效屏蔽杂波干扰实验结果。 4.5、调速器应选用无级调速器，以便实现连续调速。小磁铁穿越线圈的速率，可依据感生电流脉冲的间隔准确测定，并事先标度在调速器上。实验时可依据标度选择所需的速率，待转速稳定后方可进行实验。 5. 补充说明 本实验的电践并非纯电阻电践，感应线圈与电脑声卡及显示器构成如图4示简化电路， 由于耦合电容及电感具有移相作用，致使磁通量、感应电流、感应电动势彼此存有相位差，其相位关系如图5示， 因此，视频观测的是感应电流图像，而非感应电动势的图像，感应电流与感应电动势并不同步，两者之间的相位差为。 综上所述，利用电脑及录音软件录制感应电流频谱，量化研究电磁感应定律，具有良好理论价值和实用价值，填补了中学物理实验的一项空白，且具有良好的准确性、简捷性和普及性。 2008.1.31 文稿注释：作者指导郭煜焓同学参加22届广东省青少年科技创新大赛，并撰写了研究报告，该项目荣获21届广东省青少年科技创新大赛一等奖。此文对原项目作了进一步改革，并于2008年发表在《物理实验》第6期上。 显示器 图4 i t ε t t Φ 图5