電磁感應過程中電功和磁通量變化量的關系

摘 要：法拉第電磁感應定律是電磁感應的核心內容，是高中教學的重點和難點。在電磁感應定律的教學中，探究感應電功大小與磁通量的關系是學生認識和理解法拉第電磁感應定律的重要前提。在講解到相關概念和計算時，學生往往存在理解上的障礙，因此，要想學生能夠在課堂中將章節知識理解得更加深刻，必須通過更加直觀的實驗方式來加以引導。而傳統的物理實驗大致只能簡單的得出：磁通量變化越快，感應電功越大?？上攵@樣的實驗方式是不夠準確的，得出的結論也比較籠統，不能很好的反映電功與磁通量變化的大小，在教學中教師需要對實驗方法進行創新。本文就圍繞著“電磁感應過程中電功和磁通量變化量的關系”展開了探討。

關鍵詞：電磁感應原理；電功；磁通量

新課標教材在“法拉第電磁感應定律”的研究上還是使用了傳統的教學模式，即通過幾個定性的演示實驗得到電磁感應定律。但通過對教學的總結和反思，我們在針對公式“E=kΔφ/Δt”的教學中有兩項突破，在實驗過程中引入了DIS電壓傳感器，不僅能夠直接進行定性演示，還能夠直接測量感應電功的瞬時大小?？梢哉f，這種實驗方式在現代物理實驗教學中是十分受用的，能夠將抽象的物理公式和定義以更加直觀的方式展示出來，加深學生對知識點的理解，并且，用更加形象化的方式也能夠提升學生的學習興趣，使其在學習中能夠更加積極主動，始終保持積極探索的精神以及對知識的求知欲望。

一、 分析實驗教學常用方法

隨著現代網絡技術的飛速發展，在教學領域利用信息技術進行教學的現象已經十分普遍，在進行電磁感應過程中電功和磁通量變化量的關系的教學時，也同樣運用到了較為先進的實驗方式，即DIS技術。通過DIS的物理實驗在探討電功與磁通量變化量之間的關系時往往是用控制變量法進行的，控制其中某一個量為固定值，對一個變量進行調整，觀察另一個變量的變化過程。通過此類實驗基本能夠得出結論：感應電功大小與穿過回路的磁通量變化率是有關的，再通過教材給予的精準定量，得出法拉第電磁感應定律。在教學中，教師就應當根據實驗目的，參照具體的實驗步驟，引導學生通過控制變量法選擇合理的實驗器材，通過有效的方式完成任務探究。

二、 利用DIS進行實驗探究

在物理實驗教學中，DIS已經是一種較為普遍的形式，在探究電磁感應過程中電功和磁通量變化量的關系時也同樣可以運用到此種實驗方式。在實驗時，首先應當根據實驗對象準備好對應的實驗器材，如朗威DISLab數據采集器、磁感應強度傳感器、螺線管、滑動變阻器、DISLab環形線圈、電流傳感器、微電流傳感器、導線、計算機、帶尺度的實驗座架、學生電源等。然后就開始準備開始進行具體的實驗過程。

首先要描繪螺線管軸線上的磁感應強度分布圖，利用專用座架，確保螺線管軸心與磁傳感器探管是成重合狀態的，然后將磁感應器接入到數據采集器中，大概需要先預熱4分鐘，打開教材通用軟件，接著馬上點擊傳感器調零，將傳感器探管前沿置于螺線管端口處。然后接通低壓穩壓直流電源，調節正負極，使磁感器這時的讀數為正值，再點擊數據記錄，就能夠將當前的磁感應強度通過具體的數值記錄下來了。這時默認的距離d應當為0。緊接著，為了能夠探討出在不同的距離磁感應強度的大小，可以每次向前推動0.5 cm，并記錄此時的磁感應強度，運用多組數據，得出磁感應強度與到螺線管端口距離變化的規律。從取得的數據中，我們可以看出：處在螺線管中心的強度是最強的，并且中心對稱處的強度是一致的。

接著就是探究感應電功大小與磁通量變化之間的關系。這里我們可以設定磁場變化的快慢是一定的，可以改變螺線管內部線圈平面與磁場的夾角，探究其與感應電流之間的大小關系，接著再讓線圈平面與磁場處于垂直的狀態，探究感應電流與磁感強度之間的關系。這里需要注意要將電流傳感器與數據采集器和實驗線圈相連接，將線圈放入螺線管的中心附近位置，使其軸線與螺線管軸線是重合的狀態，并將磁感器接入到數據采集器的另一個端口，同樣需要預熱4分鐘左右，使其處于環形線圈的中心對稱位置。接著點擊通用軟件，進行數據記錄工作。然后再接入低壓正弦交流電，點擊傳感器調零，進行數據記錄，并由此畫出函數圖形，對其進行區域求導，得出結論：感應電功的大小與磁通量的變化率是成正比的。

三、 注意實驗過程中出現的問題

在設計實驗時通常是將一些難以控制的情況理想化的，但在實際操作中卻很難把控。比如在實驗中采用到的方法是控制變量法，即通過研究時間與電功之間的關系，得出磁通量變化量相同時，感應電功與磁通量變化率成反比。但是，在實際的操作環節，磁通量變化量是很難直接測量出來的，因此，與教材中的預定目標是會存在一些誤差的，就得不出對應的結論。因此，面對這些很難測量的數值，教師在教學中可以引導學生不必控制變量研究感應電功、磁通量變化量、時間之間的關系，而是可以直接研究電功與磁通量變化率之間的關系就可以了，將以往探究式的實驗轉變成驗證式的實驗，解決實驗中無法直接測量磁通量變化率的難題，通過實驗認證的方式能夠證實感應電功確實與瞬時速度成正比，即與磁通量成正比。學生通過這種實驗方式，能夠將抽象的知識形象化，簡化繁瑣的理解過程，能夠根據學生學習的實際情況以及認知規律，對已有知識進行遷移，完成知識的融合。對學生來說，能夠有效降低其學習的難度，使其在學習中能夠對此章節的知識點理解得更加深刻，使其在學習中能夠始終保持一個積極的探索態度，始終保持對物理實驗的興趣，從而大大的提升了課堂實驗教學的有效性。

小結：總而言之，在探索電磁感應過程中電功和磁通量變化量的關系時，可以采用更為科學的實驗方式，通過結合DIS技術使用控制變量的實驗方式，能夠有效提升學生的學習興趣，能夠使其對知識點理解得更加深刻，從而大大提升物理實驗的科學性和嚴謹性，提升物理教學的有效性。

參考文獻：

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[2] 吳迪男，吳祥志.法拉第電磁感應定律數字化實驗儀[J].物理實驗，2009（10）.

作者簡介：夏天辰，江蘇省昆山市，昆山震川高級中學高三（5）。