电磁感应过程中电功和磁通量变化量的关系

摘 要：法拉第电磁感应定律是电磁感应的核心内容，是高中教学的重点和难点。在电磁感应定律的教学中，探究感应电功大小与磁通量的关系是学生认识和理解法拉第电磁感应定律的重要前提。在讲解到相关概念和计算时，学生往往存在理解上的障碍，因此，要想学生能够在课堂中将章节知识理解得更加深刻，必须通过更加直观的实验方式来加以引导。而传统的物理实验大致只能简单的得出：磁通量变化越快，感应电功越大。可想而知，这样的实验方式是不够准确的，得出的结论也比较笼统，不能很好的反映电功与磁通量变化的大小，在教学中教师需要对实验方法进行创新。本文就围绕着“电磁感应过程中电功和磁通量变化量的关系”展开了探讨。

关键词：电磁感应原理；电功；磁通量

新课标教材在“法拉第电磁感应定律”的研究上还是使用了传统的教学模式，即通过几个定性的演示实验得到电磁感应定律。但通过对教学的总结和反思，我们在针对公式“E=kΔφ/Δt”的教学中有两项突破，在实验过程中引入了DIS电压传感器，不仅能够直接进行定性演示，还能够直接测量感应电功的瞬时大小。可以说，这种实验方式在现代物理实验教学中是十分受用的，能够将抽象的物理公式和定义以更加直观的方式展示出来，加深学生对知识点的理解，并且，用更加形象化的方式也能够提升学生的学习兴趣，使其在学习中能够更加积极主动，始终保持积极探索的精神以及对知识的求知欲望。

一、 分析实验教学常用方法

随着现代网络技术的飞速发展，在教学领域利用信息技术进行教学的现象已经十分普遍，在进行电磁感应过程中电功和磁通量变化量的关系的教学时，也同样运用到了较为先进的实验方式，即DIS技术。通过DIS的物理实验在探讨电功与磁通量变化量之间的关系时往往是用控制变量法进行的，控制其中某一个量为固定值，对一个变量进行调整，观察另一个变量的变化过程。通过此类实验基本能够得出结论：感应电功大小与穿过回路的磁通量变化率是有关的，再通过教材给予的精准定量，得出法拉第电磁感应定律。在教学中，教师就应当根据实验目的，参照具体的实验步骤，引导学生通过控制变量法选择合理的实验器材，通过有效的方式完成任务探究。

二、 利用DIS进行实验探究

在物理实验教学中，DIS已经是一种较为普遍的形式，在探究电磁感应过程中电功和磁通量变化量的关系时也同样可以运用到此种实验方式。在实验时，首先应当根据实验对象准备好对应的实验器材，如朗威DISLab数据采集器、磁感应强度传感器、螺线管、滑动变阻器、DISLab环形线圈、电流传感器、微电流传感器、导线、计算机、带尺度的实验座架、学生电源等。然后就开始准备开始进行具体的实验过程。

首先要描绘螺线管轴线上的磁感应强度分布图，利用专用座架，确保螺线管轴心與磁传感器探管是成重合状态的，然后将磁感应器接入到数据采集器中，大概需要先预热4分钟，打开教材通用软件，接着马上点击传感器调零，将传感器探管前沿置于螺线管端口处。然后接通低压稳压直流电源，调节正负极，使磁感器这时的读数为正值，再点击数据记录，就能够将当前的磁感应强度通过具体的数值记录下来了。这时默认的距离d应当为0。紧接着，为了能够探讨出在不同的距离磁感应强度的大小，可以每次向前推动0.5 cm，并记录此时的磁感应强度，运用多组数据，得出磁感应强度与到螺线管端口距离变化的规律。从取得的数据中，我们可以看出：处在螺线管中心的强度是最强的，并且中心对称处的强度是一致的。

接着就是探究感应电功大小与磁通量变化之间的关系。这里我们可以设定磁场变化的快慢是一定的，可以改变螺线管内部线圈平面与磁场的夹角，探究其与感应电流之间的大小关系，接着再让线圈平面与磁场处于垂直的状态，探究感应电流与磁感强度之间的关系。这里需要注意要将电流传感器与数据采集器和实验线圈相连接，将线圈放入螺线管的中心附近位置，使其轴线与螺线管轴线是重合的状态，并将磁感器接入到数据采集器的另一个端口，同样需要预热4分钟左右，使其处于环形线圈的中心对称位置。接着点击通用软件，进行数据记录工作。然后再接入低压正弦交流电，点击传感器调零，进行数据记录，并由此画出函数图形，对其进行区域求导，得出结论：感应电功的大小与磁通量的变化率是成正比的。

三、 注意实验过程中出现的问题

在设计实验时通常是将一些难以控制的情况理想化的，但在实际操作中却很难把控。比如在实验中采用到的方法是控制变量法，即通过研究时间与电功之间的关系，得出磁通量变化量相同时，感应电功与磁通量变化率成反比。但是，在实际的操作环节，磁通量变化量是很难直接测量出来的，因此，与教材中的预定目标是会存在一些误差的，就得不出对应的结论。因此，面对这些很难测量的数值，教师在教学中可以引导学生不必控制变量研究感应电功、磁通量变化量、时间之间的关系，而是可以直接研究电功与磁通量变化率之间的关系就可以了，将以往探究式的实验转变成验证式的实验，解决实验中无法直接测量磁通量变化率的难题，通过实验认证的方式能够证实感应电功确实与瞬时速度成正比，即与磁通量成正比。学生通过这种实验方式，能够将抽象的知识形象化，简化繁琐的理解过程，能够根据学生学习的实际情况以及认知规律，对已有知识进行迁移，完成知识的融合。对学生来说，能够有效降低其学习的难度，使其在学习中能够对此章节的知识点理解得更加深刻，使其在学习中能够始终保持一个积极的探索态度，始终保持对物理实验的兴趣，从而大大的提升了课堂实验教学的有效性。

小结：总而言之，在探索电磁感应过程中电功和磁通量变化量的关系时，可以采用更为科学的实验方式，通过结合DIS技术使用控制变量的实验方式，能够有效提升学生的学习兴趣，能够使其对知识点理解得更加深刻，从而大大提升物理实验的科学性和严谨性，提升物理教学的有效性。

参考文献：

[1] 陆承柱.研究“电功的大小与哪些因素有关”的实验的改进[J].中小学实验与装备，2016（4）.

[2] 吴迪男，吴祥志.法拉第电磁感应定律数字化实验仪[J].物理实验，2009（10）.

作者简介：夏天辰，江苏省昆山市，昆山震川高级中学高三（5）。