验证法拉第电磁感应定律的两个创新实验
2015-07-25秦德胜
物理教师 2015年6期
关键词:实验
秦德胜
(重庆市巴蜀中学,重庆 401120)
法拉第电磁感应定律是电磁学中一个最基本最重要的规律,它最初是一条基于观察的实验定律,后来被正式化,其偏导数的限制版本,跟其他的电磁学定律一块被列为麦克斯韦方程组.它主要是基于法拉第于1831年所做的实验,这个效应也曾被约瑟·亨利于大约同时发现,但法拉第的发表时间较早.
人教版选修3-2第4章“电磁感应”第4节“法拉第电磁感应定律”,只有定性的实验介绍,没有定量的实验验证,学生学习中缺少真实的感受.
教材先是根据导体棒切割磁感线速度的不同和磁铁插入线圈的快慢的不同,所产生的感应电流的不同,定性判断出感应电动势与磁通量的变化率有关.然后,介绍1845年和1846年纽曼和韦伯的研究结果,得出感应电动势与磁通量的变化率成正比.这似乎显得有点生硬和强行接受之嫌.
笔者利用普通的实验器材,设计了2个创新实验,能够很好地定量验证法拉第电磁感应定律,既验证了感应电动势与磁通量的变化率成正比,又验证了感应电动势与线圈的匝数成正比,增强了学生的学习体验.
1 利用磁铁和线圈定量验证E=nΔΦ/Δt
实验1:线圈匝数n一定,验证感应电动势与磁通量的变化率ΔΦ/Δt成正比.
按如图1,将线圈与电流计相接,先用一根条形磁铁从线圈的上端自由落下,插入线圈中,发现电流计指针偏转了2个小格;然后,按如图2,用2根相同的条形磁铁并在一起,从线圈上端相同的高度自由落……
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