摘要:利用朗威kDIS实验仪,研制了法拉第电磁感应定律定量测定的实验装置。

关键词:法拉第电磁感应定律;定量测量;实验装置

中图分类号:G633.7 文献标识码:A文章编号:1003-6148(2009)11(S)-0058-3

1 原理

笔者在《“感应电动势探究仪”的研制》中说:“当磁铁穿过线圈的速度成倍变化时,线圈中磁通量的变化率不也是成倍变化吗?”[1]这个结论当时没有能证明,上网查、上图书馆查也找不到这个结论及其证明,因此,只能算是一个猜想。现在证明如下:

在实验中,假设磁铁在线圈中发生位移s (图1),所用时间Δt,平均速度为,则Δt=s,磁通量的变化率ΔφΔt=Δφs。s一定,磁通量的变化量Δφ=φ2-φ1一定,则ΔφΔt∝v,两边同取极限值,﹍imΔt0ΔφΔt∝﹍imΔt0v=v,磁通量的瞬时变化率就与对应的瞬时速度成正比。

用光电门测磁极每一次通过线圈中某一确定位置时的速度,同时用电压传感器记录磁极在该位置时线圈产生的感应电动势,然后将速度和对应的电动势在直角坐标系中描图象(可以在坐标纸上描,也可以用计算机上的“工作表”中的图表功能自动绘制),如果在误差范围内图象是通过坐标原点的直线,就证明法拉第电磁感应定律是正确的。

在实施的过程中,技术上遇到的最大困难是:磁铁相对线圈的准确“位置”很难确定。为解决这一难题,我认真细致地分析磁铁的运动与电动势变化的关系发现:磁极每次通过线圈时感应电动势都有一个最大值(图2),每次出现最大值时磁极应该在同一确定位置。尽管我仍然不能确定这一位置,但这已经不重要了,我只需要求出磁极每次通过线圈时的最大值和与之对应的速度,然后验证他们是否真的成正比即可。……