本發(fā)明涉及一種用于高中物理教學(xué)的實(shí)驗(yàn)儀器，定量實(shí)驗(yàn)探究法拉第電磁感應(yīng)定律的實(shí)驗(yàn)探究?jī)x。

背景技術(shù)：

法拉第電磁感應(yīng)定律是高中物理教學(xué)的重點(diǎn)，但由于高中階段沒(méi)有要求通過(guò)定量實(shí)驗(yàn)來(lái)研究。根據(jù)教材前后內(nèi)容的承接關(guān)系及學(xué)生的認(rèn)知能力和特點(diǎn)， 完全可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)定量探究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種既能定性又能定量探究感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E與匝數(shù)N、磁通量變化率ΔΦ/Δt的關(guān)系的法拉第電磁感應(yīng)定律實(shí)驗(yàn)探究?jī)x。

本發(fā)明的法拉第電磁感應(yīng)定律定量實(shí)驗(yàn)探究?jī)x采用以下技術(shù)解決方案：

該法拉第電磁感應(yīng)定律定量實(shí)驗(yàn)探究?jī)x，包括圓柱形磁鐵組、塑料圓筒、線圈、數(shù)字示波器、導(dǎo)線、塑料支架，磁鐵組用速干水泥固定的不同數(shù)量的柱形磁鐵，塑料圓筒上面標(biāo)有用于顯示磁鐵下落高度的刻度，線圈可以成倍地改變?cè)褦?shù)，線圈用導(dǎo)線與數(shù)字示波器組成閉合回路，數(shù)字示波器可以測(cè)出磁鐵通過(guò)線圈時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的大小。

本發(fā)明的原理是：下落磁鐵組通過(guò)線圈時(shí)，由于線圈的長(zhǎng)度△l很小，通過(guò)的時(shí)間△t也極短，磁鐵組下端磁極到達(dá)線圈時(shí)的瞬時(shí)速度為v，因此磁鐵下落可看成自由落體運(yùn)動(dòng)，速度，又根據(jù)，得出，由此式可看出，△l、g均為定值，如果能驗(yàn)證E與N、△Φ、成正比，則即可驗(yàn)證法拉第電磁感應(yīng)定律。

接好法拉第電磁感應(yīng)定律定量實(shí)驗(yàn)探究?jī)x的實(shí)驗(yàn)裝置，讓磁鐵自由下落，采用控制變量法，控制N、△Φ不變，改變高度h，數(shù)字示波器測(cè)出磁鐵組通過(guò)線圈時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的大小，探究E與的關(guān)系。

讓磁鐵從同一高度自由下落，改變磁鐵的個(gè)數(shù)，數(shù)字示波器測(cè)出磁鐵通過(guò)線圈時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E，探究E與△Φ的關(guān)系。

保持線圈所處的位置不變，僅改變線圈的匝數(shù)N，讓同一組磁鐵從同一高度自由下落，數(shù)字示波器測(cè)出磁鐵通過(guò)線圈時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E，探究E與N的關(guān)系。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明法拉第電磁感應(yīng)定律定量實(shí)驗(yàn)探究?jī)x的結(jié)構(gòu)裝置示意圖。

圖2是倍增法改變磁鐵個(gè)數(shù)的示意圖。

圖3是E與的關(guān)系圖像圖。

圖4是E與磁鐵個(gè)數(shù)n的關(guān)系圖。

其中：1、磁鐵組，2、透明塑料管，3、刻度，4、線圈，5、數(shù)字示波器。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明的法拉第電磁感應(yīng)定律定量實(shí)驗(yàn)探究?jī)x，包括圓柱形磁鐵組1、塑料圓筒2、線圈4、數(shù)字示波器5、導(dǎo)線、塑料支架，磁鐵組1用速干水泥固定的不同數(shù)量的柱形磁鐵，塑料圓筒2上面標(biāo)有用于顯示磁鐵組1下落高度的刻度3，線圈4可以成倍地改變?cè)褦?shù)，線圈4用導(dǎo)線與數(shù)字示波器5組成閉合回路，數(shù)字示波器5可以測(cè)出磁鐵1通過(guò)線圈4時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的大小。

數(shù)字示波器5可以捕捉到磁鐵1穿過(guò)線圈4時(shí)各個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并且以波形的形式展現(xiàn)在屏幕上。本實(shí)驗(yàn)采用磁鐵1下端磁極到達(dá)線圈4中心位置時(shí)所產(chǎn)生的峰值，即第一個(gè)峰值來(lái)采集電動(dòng)勢(shì)E的數(shù)據(jù)，這樣，通過(guò)數(shù)字示波器5就實(shí)現(xiàn)了對(duì)瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量。

利用控制變量法，逐步探究感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E與N、△Φ、的定量關(guān)系。

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(shù)字示波器5測(cè)量磁鐵組1下端磁極穿過(guò)線圈4中心時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小。改變高度h，得到4組不同高度下的數(shù)據(jù)，記錄數(shù)據(jù)，借助計(jì)算機(jī)軟件繪制如圖3所示的E-圖像。

改變磁鐵的個(gè)數(shù)并讓磁鐵組1從同一高度自由下落穿過(guò)同一個(gè)線圈4，采用如圖2所示的倍增法改變磁鐵的個(gè)數(shù)。由于2、4、6個(gè)磁鐵的對(duì)稱(chēng)放置，磁場(chǎng)疊加后，磁通量就會(huì)成倍增加。由于磁鐵組1從同一高度下落并穿過(guò)同一個(gè)線圈4，因此，磁通量的變化量正比于磁鐵的個(gè)數(shù)n，這樣探究感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E與△Φ的定量關(guān)系就轉(zhuǎn)化成了探究感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E與磁鐵個(gè)數(shù)n的關(guān)系。

利用計(jì)算機(jī)軟件得到的E-n關(guān)系圖像如圖4所示。

把兩個(gè)完全相同的線圈重疊套置在透明塑料管2圓筒上，讓一個(gè)磁鐵組1穿過(guò)該線圈4組合，利用數(shù)字示波器5可以把線圈4組合和單個(gè)線圈4中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)同時(shí)顯示在屏幕上。數(shù)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(guān)系，因此，就可得出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E與線圈4匝數(shù)N成正比。

數(shù)字示波器5上同時(shí)顯示兩個(gè)線圈的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的波形圖，可以直觀地進(jìn)行瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E數(shù)值的比較。

利用本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)捷，數(shù)據(jù)直觀準(zhǔn)確。