李诗舟

（中国人民大学附属中学，北京 100080）

电磁波的存在是由麦克斯韦方程组预言的，经过了多次的实验可以证实电磁波是存在的。目前，关于电磁波的理论已经在逐步完善，这些理论的应用也越来越深入和广泛。但是，笔者发现，在以往的电磁感应实验过程有一些弊端。鉴于此，笔者设计了一些新的改进方案对这些弊端进行改进与优化。

1 电磁感应现象演示实验改进方案一

在图1所示的实验中，将一根金属导体的两头与电流表连成回路，然后通过一个蹄形形状的磁铁来形成磁场。在实验的过程中，我们可以使用导线对磁感线进行切割运动。在电流表进行观察的过程中，如果发现电流指针摆动角度较大，那么就说明在整个电路中存在电流，这个电流的产生也就预示了电磁感应现象的存在。如果电流表指针摆动幅度较小，那么演示效果就不太好。在做这个实验的时候，有时回路中的电流不足，电流表指针摆动幅度难以达到理想的效果，如果我们在增加磁铁的前提条件下，还是不能达到足够的电流的话，可以考虑在金属导体的两头与电流表连成的回路中加一个直流放大器，其效果就是使电流放大若干倍，这个直流放大器跟电磁铁和电流表是串联的关系。

图1 电磁感应现象演示实验

2 电磁感应现象演示实验改进方案二

笔者通过实验研究发现，通过图2的实验图，我们可以获得更好的电磁感应现象演示效果。实验器材包括这些，AC15型直流复射式检流计，漆包线（直径一毫米左右即可，长度一米左右即可），硬纸筒一个（长度和直径分别为15cm，12cm），准备条形磁铁2个，两个滑轮，支架台和小桶一个（不能是铁质的）、若干沙子和一根细绳（细绳不能过硬）。

图2 电磁感应现象演示实验改进

演示步骤介绍：

为了更好说明图2电磁感应现象演示实验的先进之处，笔者特意对其演示方法进行如下详细阐述。

（1）首先将线圈绕纸筒一周，然后用使用绳子将磁铁吊在纸筒的上方，通过对沙子的重量进行增减以及对小桶的高度进行调整，从而使磁铁能够以一定的速度V向下移动，在穿过纸筒线圈的过程中，就会产生电流，从而可以使光点会发生移动，那么就说明了实验的过程中有电流和电动势发生。为了研究N（线圈的数量），Δt（时间的变化量），ΔΦ（磁通量变化量），E（感应电动势）这几个量的关系，我们还可以进行以下实验。

（2）研究当线圈数量和时间的变化量保持不变的时候，感应电动势与磁通量的变化量的关系。如果增加一个磁铁，线圈的数量不变，磁铁的速度也不变（也就是时间的变化量不变），仍然进行线圈切割磁感线运动，结果发现光电偏离零点的最大距离是实验（1）中的两倍，那么我们就可以得到E与ΔΦ成正比的结论。

（3）研究当线圈的数量和磁通的变化量保持恒定的时候，感应电动势与实践变化量的关系。此时进行的实验设置如下：磁铁的数量同实验（2），磁铁的速度变为实验（2）的两倍，结果发现光电偏离零点的最大距离是实验（2）中的两倍，那么我们可以得到E与1/Δt成反比的结论。

通过（2）（3）我们可以得到E与ΔΦ/Δt成正比的关系。

进一步地，我们进行实验（4），保持时间的变化量和磁通量的变化量不变，可以得到电动势的大小与线圈的数量成正比的结论。由此，我们就可以对电磁感应定律得到验证。

3 结束语

通过对电磁感应实验进行改进，我们顺其自然地得到两个改进方案。在改进方案一中，通过增加直流放大器，我们可以更加清晰地观察到电流表指针的明显改变，在改进方案二中通过对线圈的数量，电磁铁的数量，磁铁的速度变化（时间的变化量）和感应电动势的关系进行验证，从而最终得到线圈中感应电动势的大小跟穿过的线圈内的磁通量变化率成正比，跟线圈的匝数成正比的结论，这就是电磁感应定律。为此，在实际实验中，我们不妨把这两个方案结合起来使用。