法拉第電磁感應定律定量實驗探究儀的製作方法

2023-11-08 02:53:07 1

本發明涉及一種用於高中物理教學的實驗儀器，定量實驗探究法拉第電磁感應定律的實驗探究儀。

背景技術：

法拉第電磁感應定律是高中物理教學的重點，但由於高中階段沒有要求通過定量實驗來研究。根據教材前後內容的承接關係及學生的認知能力和特點， 完全可以通過實驗定量探究。

技術實現要素：

本發明提供一種既能定性又能定量探究感應電動勢E與匝數N、磁通量變化率ΔΦ/Δt的關係的法拉第電磁感應定律實驗探究儀。

本發明的法拉第電磁感應定律定量實驗探究儀採用以下技術解決方案：

該法拉第電磁感應定律定量實驗探究儀，包括圓柱形磁鐵組、塑料圓筒、線圈、數字示波器、導線、塑料支架，磁鐵組用速幹水泥固定的不同數量的柱形磁鐵，塑料圓筒上面標有用於顯示磁鐵下落高度的刻度，線圈可以成倍地改變匝數，線圈用導線與數字示波器組成閉合迴路，數字示波器可以測出磁鐵通過線圈時的感應電動勢E的大小。

本發明的原理是：下落磁鐵組通過線圈時，由於線圈的長度△l很小，通過的時間△t也極短，磁鐵組下端磁極到達線圈時的瞬時速度為v，因此磁鐵下落可看成自由落體運動，速度，又根據，得出，由此式可看出，△l、g均為定值，如果能驗證E與N、△Φ、成正比，則即可驗證法拉第電磁感應定律。

接好法拉第電磁感應定律定量實驗探究儀的實驗裝置，讓磁鐵自由下落，採用控制變量法，控制N、△Φ不變，改變高度h，數字示波器測出磁鐵組通過線圈時的感應電動勢E的大小，探究E與的關係。

讓磁鐵從同一高度自由下落，改變磁鐵的個數，數字示波器測出磁鐵通過線圈時的感應電動勢E，探究E與△Φ的關係。

保持線圈所處的位置不變，僅改變線圈的匝數N，讓同一組磁鐵從同一高度自由下落，數字示波器測出磁鐵通過線圈時的感應電動勢E，探究E與N的關係。

附圖說明

圖1是本發明法拉第電磁感應定律定量實驗探究儀的結構裝置示意圖。

圖2是倍增法改變磁鐵個數的示意圖。

圖3是E與的關係圖像圖。

圖4是E與磁鐵個數n的關係圖。

其中：1、磁鐵組，2、透明塑料管，3、刻度，4、線圈，5、數字示波器。

具體實施方式

如圖1所示，本發明的法拉第電磁感應定律定量實驗探究儀，包括圓柱形磁鐵組1、塑料圓筒2、線圈4、數字示波器5、導線、塑料支架，磁鐵組1用速幹水泥固定的不同數量的柱形磁鐵，塑料圓筒2上面標有用於顯示磁鐵組1下落高度的刻度3，線圈4可以成倍地改變匝數，線圈4用導線與數字示波器5組成閉合迴路，數字示波器5可以測出磁鐵1通過線圈4時的感應電動勢E的大小。

數字示波器5可以捕捉到磁鐵1穿過線圈4時各個時刻的瞬時感應電動勢，並且以波形的形式展現在屏幕上。本實驗採用磁鐵1下端磁極到達線圈4中心位置時所產生的峰值，即第一個峰值來採集電動勢E的數據，這樣，通過數字示波器5就實現了對瞬時感應電動勢的測量。

利用控制變量法，逐步探究感應電動勢E與N、△Φ、的定量關係。

利用塑料管上的高度刻度，記下磁鐵組1下端到線圈4中心的高度h，利用數字示波器5測量磁鐵組1下端磁極穿過線圈4中心時的感應電動勢的大小。改變高度h，得到4組不同高度下的數據，記錄數據，藉助計算機軟體繪製如圖3所示的E-圖像。

改變磁鐵的個數並讓磁鐵組1從同一高度自由下落穿過同一個線圈4，採用如圖2所示的倍增法改變磁鐵的個數。由於2、4、6個磁鐵的對稱放置，磁場疊加後，磁通量就會成倍增加。由於磁鐵組1從同一高度下落並穿過同一個線圈4，因此，磁通量的變化量正比於磁鐵的個數n，這樣探究感應電動勢E與△Φ的定量關係就轉化成了探究感應電動勢E與磁鐵個數n的關係。

利用計算機軟體得到的E-n關係圖像如圖4所示。

把兩個完全相同的線圈重疊套置在透明塑料管2圓筒上，讓一個磁鐵組1穿過該線圈4組合，利用數字示波器5可以把線圈4組合和單個線圈4中產生的感應電動勢同時顯示在屏幕上。數字示波器5的峰值分別為580 mV和 1.14 V，可以看出它們基本上是二倍關係，因此，就可得出感應電動勢E與線圈4匝數N成正比。

數字示波器5上同時顯示兩個線圈的瞬時感應電動勢的波形圖，可以直觀地進行瞬時感應電動勢E數值的比較。

利用本發明的實驗過程簡捷，數據直觀準確。