法拉第电磁感应定律演示实验的改进

2019-09-10李娜娜

新教育论坛 2019年22期

李娜娜

摘要：法拉第電磁感应定律是电磁学的重要内容，也是中学物理教材的重要内容，人教版“法拉第电磁感应定律”是一节物理规律新授课，但教材中并没有展开规律的探究过程。本文通过改进演示实验装置，利用小车拖动磁铁运动，使线圈中产生感应电动势，用灵敏电流计的偏转格数表示感应电动势的大小，从而实现对的定量研究。

关键词：感应电动势;磁通量的变化量

人教版教材选修3-2第四章“电磁感应”章节中“法拉第电磁感应定律”一节中，关于感应电动势与磁通量变化的关系课本是这样给出的：“纽曼、韦伯在对理论和实验资料进行严格分析后，于1845年和1846年先后指出：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，后人称之为法拉第电磁感应定律。”教材并没有给出“成正比”这一量化结论的实验研究过程。

在通常上课时，一般都会通过图1的演示实验得出：在向线圈中插入或者拔出条形磁铁的实验中，磁铁的磁场越强、插入和拔出的速度越快，产生的感应电流就越大。但是使用频率非常高的演示实验也没能反映出“成正比”的定量关系。那么有没有一个定量实验方案可以在课堂上演示并进行分组实验呢？

1.实验器材

一端带有滑轮的木板（木板有刻度标志）、小车、钩码、砝码、1根条形磁铁、灵敏电流计、导线若干、线圈

2.实验原理

线圈与灵敏电流计组成回路，回路中磁通量变化就会产生感应电流。小车带动磁铁运动，每次实验中，小车经过同一个位置时，磁通量变化量相同。实验装置如图2所示，线圈与灵敏电流计连接，用灵敏电流计的偏转格数表示感应电动势的大小，用小车运动的快慢表示将条形磁铁从线度拔出的时间长短。小车由木板同一位置静止开始加速，根据v2=2as，小车每次经过木板的相同位置时，磁通量变化相同，而此时如果能够保证小车的加速度a1=4a2，则通过该位置的速度关系v2=2v1，对比此时灵敏电流计的偏转格数，得出感应电动势E与磁通量的变化率成正比，即。

3.实验步骤

步骤1：将长木板不带滑轮一端垫高，调节高度，使小车能在木板上做匀速直线运动。

步骤2：按照图2安装好实验装置。在小车上装固定好条形磁铁，保持小车、条形磁铁和钩码总质量不变，用5g的钩码拉动小车，使小车由靠近线圈位置由静止释放，记录小车通过木板刻度为40的位置时灵敏电流计的偏转格数（如图3）。

步骤3：保持小车、条形磁铁和钩码总质量不变，分别用20g、45g钩码拉动小车，使小车由靠近线圈位置由静止释放，记录每次小车通过木板刻度为40的位置时灵敏电流计的偏转格数（如图4、图5）。

由图可以看出，三次实验中小车的加速度之比为1：2：3，三次灵敏电流计的偏转格数约为2格、4格、6格，比值也为1：2：3，可以认为在实验误差允许范围内，感应电动势的大小E与磁通量的变化率成正比，即.

4.实验特点

（1）实验仪器简单易得，都是实验室中做常见的仪器，普通实验室都可以找到所用的实验器材。

（2）操作简单，平衡摩擦力的实验在牛顿第二定律中学生做过分组实验，学生在实验中能够获得合作的体验和成功的体验。

（3）实验现象直观明了，增加学生观察兴趣。

5.实验问题

（1）实验中保持小车、条形磁铁和钩码总质量不变，通过钩码的重力计算磁铁运动的快慢。这就要求实验之前一定要做好平衡摩擦力，才能保证m兑a=mg。

（2）由于小车运动比较快，整个运动在1s左右，灵敏电流计的偏转格数记录容易出现误差。