验证法拉第电磁感应定律的实验设计_高守贵
中学物理教学参考第33卷 第9期Vol.33 No.9
实验研究
验证法拉第电磁感应定律的实验设计
高守贵
(安徽师范大学物理系 芜湖 241000)
法拉第电磁感应定律是电磁学中的重要内容,它
揭示了感应电动势E感与闭合线圈内磁通量的变化率ΔΦ/Δt、线圈匝数n所成的正比关系:E感=nΔΦ/Δt.在实验总结出感应电流、感应电动势产生的条件后,教材中通过用条形磁铁插入、拔出串接了灵敏电流表的闭合线圈实验,分析插、拔磁铁的快慢与灵敏电流表指针摆动幅度的关系,得出“闭合线路内,磁通量的变化率越大,线圈的匝数越多,产生的感应电动势也就越大”的结论.在此定性实验的基础上,了法拉第电磁感应定律.很显然,ΔΦ/Δt成正比”与n、,,、,.在学习完交流电、变压器等知识后,笔者利用可拆交流演示变压器,通过反复实践,设计出验证法拉第电磁感应定律的实验.
1.实验器材
可拆交流演示变压器1个,多用电表1只,小灯座1个,3.8V小灯泡1只,长约3m的导线1根,220V交流电源.
2.实验原理
根据变压器的工作原理,当交流电通过原线圈时,
Φ/Δt.如果水
铁芯中将产生峰值稳定、交流变化的Δ
平抽动变压器上端的横轭,铁芯不再完全闭合,部分磁
Φ/Δt变小(如图1所示).感线外泄,造成铁芯中的Δ
到某一固定位置,就能获得比较稳定的ΔΦ/Δt.
3.实验过程
(1)定性研究E感与ΔΦ/Δt之间的关系
将多用电表调至交流电压10V,与小灯泡并联,共同串接到副线圈3V挡,220V交流电..,当横轭抽离铁芯约3mm(),可以观察到电压读数已经降到2V.,引发学生思考该现象产生的原因,通过分析,可知E感与横轭的水平抽动有关,
Φ/Δt即与变小的ΔΦ/Δt有关
,从而得出定性结论:Δ越小(大),E感越小(大).
图2
(2)定量研究E感与n的正比关系
图1
Φ/Δt的大小.若抽动横轭依照上述操作,便可改变Δ
除去副线圈,换上长导线缠绕在铁芯上代替副线
圈,并将导线两端与小灯泡串接成闭合线路,同时将多用电表与小灯泡并联.将横轭开口距离调到3mm左右.随着缠绕在铁芯上的线圈匝数增多,可以观察到小灯泡从不亮到亮的变化过程:在绕到第4匝时,灯丝微微发光;当线圈线到20匝左右,小灯泡已经比较亮了.绕线过程中,观察多用电表上交流电压读数,发现每多绕一匝导线,感应电动势约增大0.1V,可得出E感与n的定量关系.
通过上述实验,进一步进行分析探究:假设每一匝
Φ0/Δt,对应产生的感线圈内的磁通量的变化率为Δ
应电动势为E0,则每多绕一匝线圈,整个闭合线路所围
・46・
中学物理教学参考第33卷 第9期Vol.33 No.9
实验研究
两种游标卡尺的对比
张利萍
(江西省萍乡市第三中学 337000)
游标卡尺是高中物理实验中重要的基本仪器之
一,高中物理新教材中的第一个学生实验就是使用的游标卡尺测量长度,后面的几个实验中也使用了游标卡尺.但在高三总复习时,仍有相当一部分同学对游标尺的原理有疑问,且容易发生读数错误.
一次偶然的机会,笔者接触到日本制造的一种游标卡尺,如图1所示.它也是准确到011mm,但这种卡尺的游标尺的一个小格宽度比主尺的最小分度要更
用了放大011mm的方法,国产游标卡尺是利用游标尺上十小格总长度与主尺上十小格总长度相差1mm
图2
来放大的;日本的游标卡尺是利用游标尺上十小格总长度与主尺上二十小格总长度相差1mm来放大的;这样更容易看清游标尺上是第几条刻度线和主尺上的刻度线对齐.(2)国产的游标卡尺主尺上标出的单位是厘米,游标尺上读数所用单位是毫米,得出最后测量需要把两者的单位进行统一,学生往往在这一步中出差错,日本的游标卡尺主尺上单位是毫米,与游标尺上读数所用单位相同,最后测量结果只需把两者直接相加即可,减小了出错机会,使用更简单、快捷.
由此想到,我们的教材是否在内容上多一些创新,引进一些学生易接受又实用的知识,洋为中用,何乐而不为呢?
图1
大,主尺上标出数字的单位是毫米,无论是游标尺的读数还是主尺读数跟游标尺读数的相加,都比国产的游标卡尺要方便得多.笔者在教学中向学生介绍了这种卡尺,实验表明,这种游标卡尺的读数不易发生错误,学生便于掌握.现把中国制造的十分度游标卡尺,如图2所示和日本制造的十分度游标卡尺做一对比:(1
)两国的游标卡尺准确度相同,主尺最小分度也相同,都采的ΔΦ/Δt就增大一个单位的ΔΦ0/Δt,线路中的感应电动势也增大一个E0,由此得出量化的结论———法拉第电磁感应定律.
(3)补充说明①为了操作方便,通常将副线圈摆放在操作者的右手边,同时在实验中注意安全用电,勿用身体接触原线圈中的交流电.
②缠绕导线时,开口处的铁芯内上、下不同的位置,ΔΦ/Δt有所差异,应尽量使导线绕在铁芯下部的
同一位置附近.
③由于自感作用,从铁芯上逐渐解开缠绕的导线到第3匝时,小灯泡仍然微微发光,而在缠绕到第3匝时,小灯泡却并不发光.
通过上述简单直观的实验验证,既有利于加深学生对法拉第电磁感应定律的理解,又有利于提高学生的观察、思维等能力,更有利于激发学生科学探究的兴趣,培养深入钻研的科学精神.
・47・