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    “法拉第電磁感應(yīng)定律”的實(shí)驗(yàn)探究

    2016-05-30 15:32:29李化育
    甘肅教育 2016年16期
    關(guān)鍵詞:物理教學(xué)探究實(shí)驗(yàn)

    李化育

    【關(guān)鍵詞】 物理教學(xué);法拉第電磁感應(yīng)定律;實(shí)驗(yàn);探究

    【中圖分類號(hào)】 G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A

    【文章編號(hào)】 1004—0463(2016)16—0124—01

    1. 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E與Δt的關(guān)系(控制ΔΦ相同)

    思路:線圈附近豎直方向較小的空間Δx,磁鐵經(jīng)過這段空間時(shí)發(fā)生的磁通量的變化量相同。磁鐵經(jīng)過的時(shí)間Δt可近似處理為Δt=(h為磁鐵下落的距離)。因此,在兩次實(shí)驗(yàn)中,=,則=,感應(yīng)電流之比為1:2。兩次的電路完全相同,包括萬(wàn)用表的檔位,所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之比為1:2。實(shí)驗(yàn)說明在ΔΦ相同的情況下,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的大小與Δt成反比。

    過程:將長(zhǎng)直PVC管以cm為單位標(biāo)上刻度后豎直固定在鐵架臺(tái)上,100匝的線圈套在管的外側(cè)。第一次將線圈移動(dòng)至距離上端管口10cm處,從管口中心自由釋放強(qiáng)磁鐵。當(dāng)磁鐵穿過線圈時(shí),產(chǎn)生的感應(yīng)電流經(jīng)微電流放大器放大后在萬(wàn)用表上指針讀數(shù)體現(xiàn),最大讀數(shù)為240μA;第二次將該線圈向下移動(dòng)至距離上端管口40cm處,再次釋放強(qiáng)磁鐵,最大讀數(shù)為480μA。

    困難:再次使用完全相同的實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行時(shí),再也沒有出現(xiàn)上面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。線圈置于10cm處時(shí),磁鐵通過線圈時(shí)電表的示數(shù)仍為240μA;置于40cm處時(shí),電表的示數(shù)為380μA。兩次實(shí)驗(yàn)的感應(yīng)電流之比為1:1.58,即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之比為1:1.58,不能說明在ΔΦ相同的情況下,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的大小與Δt成反比。這樣的結(jié)果讓人頓時(shí)不知所措,多次重復(fù),結(jié)果依然如此。

    反思:認(rèn)真分析,可能是如下原因:磁鐵的運(yùn)動(dòng)近似自由落體,當(dāng)下落10cm時(shí),速度可達(dá)到v===1.4m/s,磁鐵的長(zhǎng)度h=3cm,通過線圈所用時(shí)間為Δt===0.02s;當(dāng)下落40cm時(shí),速度可達(dá)到v===2.8m/s。通過線圈所用時(shí)間為Δt===0.01s。對(duì)表頭是磁偏轉(zhuǎn)式的萬(wàn)用表,指針的偏轉(zhuǎn)跟不上感應(yīng)電流變化的節(jié)奏,很可能得到的240μA和380μA并不是磁鐵穿過線圈時(shí)產(chǎn)生的最大電流值。對(duì)第一次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果240μA和480μA,只能是偶然現(xiàn)象。

    調(diào)整:實(shí)驗(yàn)裝置、過程不變的前提下,使用電壓傳感器對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行了測(cè)量,結(jié)果與實(shí)驗(yàn)預(yù)期一致。

    2. 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E與ΔΦ的關(guān)系(控制Δt相同)

    思路:如右圖,在木板兩端分別固定不同根數(shù)的相同條形磁鐵,保持木板兩端同步拔出左右兩個(gè)完全相同的線圈時(shí),電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)顯示感應(yīng)電流大小,兩電路電阻完全相同,感應(yīng)電流之比等于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之比。

    過程一:木板左右兩端分別固定一根和兩根磁鐵,同步拔出時(shí),兩電流計(jì)顯示指針偏轉(zhuǎn)格數(shù)分別為兩格和四格。

    過程二:木板左右兩端分別固定一根和三根磁鐵,同步拔出時(shí),兩電流計(jì)顯示指針偏轉(zhuǎn)格數(shù)分別為兩格和六格。

    3.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E與線圈匝數(shù)n的關(guān)系

    思路:完全相同的條形磁鐵,線圈面積相同,磁鐵均位于線圈中央,同步提起保證Δt相同,這樣單匝線圈的磁通量變化率相同,此時(shí)有E正比于n。

    過程:左右兩側(cè)的線圈匝數(shù)分別為36匝和74匝,磁鐵各一根,將兩線圈置于同樣高度,從另一高度同步釋放木板,兩磁鐵穿過線圈時(shí)電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)分別為兩格和三格半,重復(fù)多次,結(jié)果無(wú)太大變化。

    反思:如果左右兩電流計(jì)的指針偏轉(zhuǎn)之比為1:2(36:74=1:2.06),則可以說明感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與匝數(shù)成正比。但實(shí)際電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)之比為2:3.5=1:1.75,用來說明感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與匝數(shù)成正比有些牽強(qiáng)。分析原因,匝數(shù)不同,電路電阻不同,感應(yīng)電流之比不等于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之比。

    調(diào)整:實(shí)驗(yàn)裝置、過程不變的前提下,使用電壓傳感器對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行了測(cè)量,結(jié)果如下。

    記錄:線圈匝數(shù)比==,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比==

    結(jié)論:感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E正比于

    (注:本文系甘肅省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2012年度《高中物理教學(xué)策略和教學(xué)模式的研究》研究成果,課題批準(zhǔn)號(hào)(2012)GSG006)編輯:謝穎麗

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