探究感应电流的产生条件的实验研究

白卫东

摘要：中学物理实验中，实际实验结果与理论值有时可能有很大差距甚至出现矛盾，这时我们就要找原因，更好的避免得出和理论不附的结论。有些时候实验结果没想象的明显，我们就得想办法把它放大。本文利用DIS实验技术对人教版高中物理课本选修3-2第二节《探究感应电流的产生条件》中实验的实际情况进行了分析探讨。

关键词：电磁感应；实验；电源选择

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）4（S）-0054-2

人教版高中物理课本选修3-2第二节《探究感应电流的产生条件》中有两个实验，实验1，模仿法拉第的实验：线圈A通过变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端连到电流表上，把线圈A装到线圈B的里面。下面几中情况下线圈B中是否有感应电流（图1）。

该实验所需的电源课本上为学生电源（图2），实验过程中第三步：“开关闭合时，滑动变阻器不移动时”。线圈B中到低有没有电流，理论情况是没有电流的。但实际情况真是这样吗？

笔者用到的学生电源上有0-3A直流输出，还有6V稳压0.3A电流输出，所以就选择不同的电流分别测试：

实验方案一：电源选择直流3A接线柱，电压选择6V档，如上图连接电路。

实验：如闭合开关后，移动变阻器滑片，电流表指针有偏转，但停止移动滑动变阻器的滑片时，电流表指针并不能回到0位置，并且停止移动滑片后。线圈A中的电流越大，电流表指针的示数越大。当滑动变阻器的阻值很小时。电流表甚至满偏（理论上滑片不动，磁通理不变化，不会有感应电流），这一结论与理论相差甚远。

实验方案二：电源选择6 V稳压电源的0.3 A，重复上面实验步，当停止移动滑动变阻器的滑片后。电流表指针虽不能完全回到“0”，但比上面一次的情况好多了。

笔者借助于DIS实验设备对此进行了探究，情况如下：

分析原因：直流3A输出端可能不是稳恒电流。为了测试这两个输出端的波形情况。笔者分别把两路电流通过滑动变阻器限流后接到DIS电流传感器上，观察两个电流的波形。在两个电流大小差不多的情况下，得到的波形如图3：

由图4可知，学生电源的0-3A输出端电流波动明显，在电流值平均在0.948A时。波动的最大值为0.956A，最小值为0.942A，上下波动最大差值达到0.014A，这样的波动对一般的学生实验影响不大，但对电磁感应这样的实验。影响就非常大了。相反，6V稳压电源的0.3A电流虽然也有一些波动（在放大同等倍数的情况下），但相对0-3A输出端的电流波动要小的多。

实验方案三：用干电池做此实验，当滑动变阻器滑片不移动时，电流却有变化。不是我们想象中的稳恒电流，所以实验效果不如学生电源好，因为本实验需要长时间保持电路接通，而且需要比较大的电流，使用电池的电流会明显下降。所以干电池不适合做此实验，只适合做短时间大电流的实验，如“探究磁场对电流的作用”“自感现象”等实验。（图5）

由此我们得出，做该实验我们要注意以下几点：1.学生电源上的直流电流不是稳恒电流；电源要选6V稳压电源0.3A输出端：即使选直流0-3A输出端时，滑动变阻器阻值不能太小。2.直流电也有可能通过变压器，只是直流电中的稳恒电流不能通过变压器。

实验2：用导体棒切割磁感线产生感应电流实验：（图6）

发现用一根导体棒切割磁感线感应电流非常小，电流表几乎不动。因为DIS电流传感器可以把微小电流的波形放大，所以把电流表换成传感器，效果非常好。

实验步骤：

1.把电流传感器连到电脑上：

2.电流调零：

3.用一节干电池试触电流传感器的正负极，测出电流流向与图像的正负的关系：电流从红线流入传感器从黑线流出传感觉器时，电流图像为正，反之为负；

4.把电流的Y轴缩放放大。直到能明显的看到导体棒切割磁感线时有正负方向的电流。

我们按课本上的实验方案做实验，得到的结果不一定完全吻合。这也是实验中常遇到的情况。结合我们实际情况，查找原因，改变实验方案。也能达到预期的效果。不能一句“在误差允许范围内，实验成功”了事。

本文的分析研究还表明，过去认为可以用干电池为电路提供稳定电压从而形成稳恒电流的直流电路，仅仅是一种理想的情况。实际还必须用DIS技术进行精确的研究，在科学问题上不可粗心大意。

参考文献：

[1]曾国平.用DIS实验考查能电线管中的磁场[J].物理教学探讨，2012，（8）：54.

[2]王柏庐.走进中学IT教学[M].北京：高等教育出版社，2003.

（栏目编辑 王柏庐）