论文部分内容阅读
【关键词】 物理教学；法拉第电磁感应定律；实验；探究
【中图分类号】 G633.7 【文献标识码】 A
【文章编号】 1004—0463（2016）16—0124—01
1. 感应电动势E与Δt的关系（控制ΔΦ相同）
思路：线圈附近竖直方向较小的空间Δx，磁铁经过这段空间时发生的磁通量的变化量相同。磁铁经过的时间Δt可近似处理为Δt=（h为磁铁下落的距离）。因此，在两次实验中，=，则=，感应电流之比为1：2。两次的电路完全相同，包括万用表的档位，所以感应电动势之比为1：2。实验说明在ΔΦ相同的情况下，感应电动势E的大小与Δt成反比。
过程：将长直PVC管以cm为单位标上刻度后竖直固定在铁架台上，100匝的线圈套在管的外侧。第一次将线圈移动至距离上端管口10cm处，从管口中心自由释放强磁铁。当磁铁穿过线圈时，产生的感应电流经微电流放大器放大后在万用表上指针读数体现，最大读数为240μA；第二次将该线圈向下移动至距离上端管口40cm处，再次释放强磁铁，最大读数为480μA。
困难：再次使用完全相同的实验方案、实验仪器进行时，再也没有出现上面的实验结果。线圈置于10cm处时，磁铁通过线圈时电表的示数仍为240μA；置于40cm处时，电表的示数为380μA。两次实验的感应电流之比为1：1.58，即感应电动势之比为1：1.58，不能说明在ΔΦ相同的情况下，感应电动势E的大小与Δt成反比。这样的结果让人顿时不知所措，多次重复，结果依然如此。
反思：认真分析，可能是如下原因：磁铁的运动近似自由落体，当下落10cm时，速度可达到v===1.4m/s，磁铁的长度h=3cm，通过线圈所用时间为Δt===0.02s；当下落40cm时，速度可达到v===2.8m/s。通过线圈所用时间为Δt===0.01s。对表头是磁偏转式的万用表，指针的偏转跟不上感应电流变化的节奏，很可能得到的240μA和380μA并不是磁铁穿过线圈时产生的最大电流值。对第一次的实验结果240μA和480μA，只能是偶然现象。
调整：实验装置、过程不变的前提下，使用电压传感器对感应电动势进行了测量，结果与实验预期一致。
2. 感应电动势E与ΔΦ的关系（控制Δt相同）
思路：如右图，在木板两端分别固定不同根数的相同条形磁铁，保持木板两端同步拔出左右两个完全相同的线圈时，电流计指针偏转显示感应电流大小，两电路电阻完全相同，感应电流之比等于感应电动势之比。
过程一：木板左右两端分别固定一根和两根磁铁，同步拔出时，两电流计显示指针偏转格数分别为两格和四格。
过程二：木板左右两端分别固定一根和三根磁铁，同步拔出时，两电流计显示指针偏转格数分别为两格和六格。
3.感应电动势E与线圈匝数n的关系
思路：完全相同的条形磁铁，线圈面积相同，磁铁均位于线圈中央，同步提起保证Δt相同，这样单匝线圈的磁通量变化率相同，此时有E正比于n。
过程：左右两侧的线圈匝数分别为36匝和74匝，磁铁各一根，将两线圈置于同样高度，从另一高度同步释放木板，两磁铁穿过线圈时电流计指针偏转分别为两格和三格半，重复多次，结果无太大变化。
反思：如果左右两电流计的指针偏转之比为1：2（36：74=1：2.06），则可以说明感应电动势与匝数成正比。但实际电流计指针偏转之比为2：3.5=1：1.75，用来说明感应电动势与匝数成正比有些牵强。分析原因，匝数不同，电路电阻不同，感应电流之比不等于感应电动势之比。
调整：实验装置、过程不变的前提下，使用电压传感器对感应电动势进行了测量，结果如下。
记录：线圈匝数比==，感应电动势比==
结论：感应电动势E正比于
（注：本文系甘肃省教育科学“十二五”规划2012年度《高中物理教学策略和教学模式的研究》研究成果，课题批准号（2012）GSG006）编辑：谢颖丽
【中图分类号】 G633.7 【文献标识码】 A
【文章编号】 1004—0463（2016）16—0124—01
1. 感应电动势E与Δt的关系（控制ΔΦ相同）
思路：线圈附近竖直方向较小的空间Δx，磁铁经过这段空间时发生的磁通量的变化量相同。磁铁经过的时间Δt可近似处理为Δt=（h为磁铁下落的距离）。因此，在两次实验中，=，则=，感应电流之比为1：2。两次的电路完全相同，包括万用表的档位，所以感应电动势之比为1：2。实验说明在ΔΦ相同的情况下，感应电动势E的大小与Δt成反比。
过程：将长直PVC管以cm为单位标上刻度后竖直固定在铁架台上，100匝的线圈套在管的外侧。第一次将线圈移动至距离上端管口10cm处，从管口中心自由释放强磁铁。当磁铁穿过线圈时，产生的感应电流经微电流放大器放大后在万用表上指针读数体现，最大读数为240μA；第二次将该线圈向下移动至距离上端管口40cm处，再次释放强磁铁，最大读数为480μA。
困难：再次使用完全相同的实验方案、实验仪器进行时，再也没有出现上面的实验结果。线圈置于10cm处时，磁铁通过线圈时电表的示数仍为240μA；置于40cm处时，电表的示数为380μA。两次实验的感应电流之比为1：1.58，即感应电动势之比为1：1.58，不能说明在ΔΦ相同的情况下，感应电动势E的大小与Δt成反比。这样的结果让人顿时不知所措，多次重复，结果依然如此。
反思：认真分析，可能是如下原因：磁铁的运动近似自由落体，当下落10cm时，速度可达到v===1.4m/s，磁铁的长度h=3cm，通过线圈所用时间为Δt===0.02s；当下落40cm时，速度可达到v===2.8m/s。通过线圈所用时间为Δt===0.01s。对表头是磁偏转式的万用表，指针的偏转跟不上感应电流变化的节奏，很可能得到的240μA和380μA并不是磁铁穿过线圈时产生的最大电流值。对第一次的实验结果240μA和480μA，只能是偶然现象。
调整：实验装置、过程不变的前提下，使用电压传感器对感应电动势进行了测量，结果与实验预期一致。
2. 感应电动势E与ΔΦ的关系（控制Δt相同）
思路：如右图，在木板两端分别固定不同根数的相同条形磁铁，保持木板两端同步拔出左右两个完全相同的线圈时，电流计指针偏转显示感应电流大小，两电路电阻完全相同，感应电流之比等于感应电动势之比。
过程一：木板左右两端分别固定一根和两根磁铁，同步拔出时，两电流计显示指针偏转格数分别为两格和四格。
过程二：木板左右两端分别固定一根和三根磁铁，同步拔出时，两电流计显示指针偏转格数分别为两格和六格。
3.感应电动势E与线圈匝数n的关系
思路：完全相同的条形磁铁，线圈面积相同，磁铁均位于线圈中央，同步提起保证Δt相同，这样单匝线圈的磁通量变化率相同，此时有E正比于n。
过程：左右两侧的线圈匝数分别为36匝和74匝，磁铁各一根，将两线圈置于同样高度，从另一高度同步释放木板，两磁铁穿过线圈时电流计指针偏转分别为两格和三格半，重复多次，结果无太大变化。
反思：如果左右两电流计的指针偏转之比为1：2（36：74=1：2.06），则可以说明感应电动势与匝数成正比。但实际电流计指针偏转之比为2：3.5=1：1.75，用来说明感应电动势与匝数成正比有些牵强。分析原因，匝数不同，电路电阻不同，感应电流之比不等于感应电动势之比。
调整：实验装置、过程不变的前提下，使用电压传感器对感应电动势进行了测量，结果如下。
记录：线圈匝数比==，感应电动势比==
结论：感应电动势E正比于
（注：本文系甘肃省教育科学“十二五”规划2012年度《高中物理教学策略和教学模式的研究》研究成果，课题批准号（2012）GSG006）编辑：谢颖丽