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摘要:高中物理教材上并未给出法拉第电磁感应定律的定量实验验证过程,学生理解起来比较困难。为了让学生更容易接受,突破教学难点,设计探究实验让学生自主探究物理定律。
关键词:探究实验 电磁感应 法拉第电磁感应定律 DIS
人教版教科书物理选修3-2第一章第三节内容是“楞次定律”,其中用演示实验定性探究了电动势与磁通量变化率的关系。学生很容易发现磁铁以较快速度插入线圈时,电压表示数较大,说明磁通量变化率越大,电动势越大。教师可以引导学生大胆提出猜想:电动势与磁通量变化率成正比。教材上并未给出相关定量实验,让学生去验证猜想,为此笔者设计如下实验,来定量探究电动势与磁通量变化率的关系。
实验原理
若能保证磁通量变化量一定,只要验证电动势与经历时间成反比,即可验证电动势与磁通量变化率成正比。
装置设计
实验电路图如下图所示,我们利用了光电开关,当光电门被遮光片遮住,光电开关闭合,当光电门未被挡住,光电开关断开。
测量过程初末位置如图所示,由于磁铁与光电门位置不变,每次遮光片通过光电门速度不同,时间也不同,但是磁通量的变化量不变。这些不同的电动势与对应时间均可通过微电压传感器测出。
实验仪器:
气垫导轨、钕磁铁、固定支架、微电压传感器、学生电源,激光光电开关、中间继电器
实验过程
1.安装气垫导轨,将线圈与光电开关、微电压传感器串联好,然后把光电开关固定在气垫导轨上,并调试好控制电路。
2.采集电压数据后,轻推滑块,使遮光片划过光电开关,记錄Et图像。
3.用不同的速度轻推滑块,重复过程2,并记录数据。
实验数据记录与处理:
由图中可以看出,电动势与磁通量变化率成正比。
反思
不同过程电压差别较大,但是图像与t轴所围成的面积却几乎相同
这是由于图像与t轴围成的面积对应于这段过程中的磁通量变化,而每个过程磁通量变化是相同的,所以面积相等。
实验结论与自我评价
1.该实验设计运用了实验室常见器材,操作简单,学生参与度高,可以进行演示实验。
2.实验结论精确度高,加深学生对法拉第电磁感应定律的理解。
3.实验中的电压传感器量程较小,若滑块速度太快电压就会超出量程
参考文献:
[1]王家庆.物理解题思路与方法.合肥:安徽科学技术出版社,2002.262~265.
[2]陈小平.创新实验设计,培养高中生物理核心素养[J].课程教学研究.2016(10):6771.
关键词:探究实验 电磁感应 法拉第电磁感应定律 DIS
人教版教科书物理选修3-2第一章第三节内容是“楞次定律”,其中用演示实验定性探究了电动势与磁通量变化率的关系。学生很容易发现磁铁以较快速度插入线圈时,电压表示数较大,说明磁通量变化率越大,电动势越大。教师可以引导学生大胆提出猜想:电动势与磁通量变化率成正比。教材上并未给出相关定量实验,让学生去验证猜想,为此笔者设计如下实验,来定量探究电动势与磁通量变化率的关系。
实验原理
若能保证磁通量变化量一定,只要验证电动势与经历时间成反比,即可验证电动势与磁通量变化率成正比。
装置设计
实验电路图如下图所示,我们利用了光电开关,当光电门被遮光片遮住,光电开关闭合,当光电门未被挡住,光电开关断开。
测量过程初末位置如图所示,由于磁铁与光电门位置不变,每次遮光片通过光电门速度不同,时间也不同,但是磁通量的变化量不变。这些不同的电动势与对应时间均可通过微电压传感器测出。
实验仪器:
气垫导轨、钕磁铁、固定支架、微电压传感器、学生电源,激光光电开关、中间继电器
实验过程
1.安装气垫导轨,将线圈与光电开关、微电压传感器串联好,然后把光电开关固定在气垫导轨上,并调试好控制电路。
2.采集电压数据后,轻推滑块,使遮光片划过光电开关,记錄Et图像。
3.用不同的速度轻推滑块,重复过程2,并记录数据。
实验数据记录与处理:
由图中可以看出,电动势与磁通量变化率成正比。
反思
不同过程电压差别较大,但是图像与t轴所围成的面积却几乎相同
这是由于图像与t轴围成的面积对应于这段过程中的磁通量变化,而每个过程磁通量变化是相同的,所以面积相等。
实验结论与自我评价
1.该实验设计运用了实验室常见器材,操作简单,学生参与度高,可以进行演示实验。
2.实验结论精确度高,加深学生对法拉第电磁感应定律的理解。
3.实验中的电压传感器量程较小,若滑块速度太快电压就会超出量程
参考文献:
[1]王家庆.物理解题思路与方法.合肥:安徽科学技术出版社,2002.262~265.
[2]陈小平.创新实验设计,培养高中生物理核心素养[J].课程教学研究.2016(10):6771.