實(shí)驗(yàn)：定量探究電動(dòng)勢(shì)與磁通量變化率的關(guān)系

張益

摘要：高中物理教材上并未給出法拉第電磁感應(yīng)定律的定量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過程，學(xué)生理解起來比較困難。為了讓學(xué)生更容易接受，突破教學(xué)難點(diǎn)，設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生自主探究物理定律。

關(guān)鍵詞：探究實(shí)驗(yàn) 電磁感應(yīng) 法拉第電磁感應(yīng)定律 DIS

人教版教科書物理選修3-2第一章第三節(jié)內(nèi)容是“楞次定律”，其中用演示實(shí)驗(yàn)定性探究了電動(dòng)勢(shì)與磁通量變化率的關(guān)系。學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn)磁鐵以較快速度插入線圈時(shí)，電壓表示數(shù)較大，說明磁通量變化率越大，電動(dòng)勢(shì)越大。教師可以引導(dǎo)學(xué)生大膽提出猜想：電動(dòng)勢(shì)與磁通量變化率成正比。教材上并未給出相關(guān)定量實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生去驗(yàn)證猜想，為此筆者設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)，來定量探究電動(dòng)勢(shì)與磁通量變化率的關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)原理

若能保證磁通量變化量一定，只要驗(yàn)證電動(dòng)勢(shì)與經(jīng)歷時(shí)間成反比，即可驗(yàn)證電動(dòng)勢(shì)與磁通量變化率成正比。

裝置設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)電路圖如下圖所示，我們利用了光電開關(guān)，當(dāng)光電門被遮光片遮住，光電開關(guān)閉合，當(dāng)光電門未被擋住，光電開關(guān)斷開。

測(cè)量過程初末位置如圖所示，由于磁鐵與光電門位置不變，每次遮光片通過光電門速度不同，時(shí)間也不同，但是磁通量的變化量不變。這些不同的電動(dòng)勢(shì)與對(duì)應(yīng)時(shí)間均可通過微電壓傳感器測(cè)出。

實(shí)驗(yàn)儀器：

氣墊導(dǎo)軌、釹磁鐵、固定支架、微電壓傳感器、學(xué)生電源，激光光電開關(guān)、中間繼電器

實(shí)驗(yàn)過程

1.安裝氣墊導(dǎo)軌，將線圈與光電開關(guān)、微電壓傳感器串聯(lián)好，然后把光電開關(guān)固定在氣墊導(dǎo)軌上，并調(diào)試好控制電路。

2.采集電壓數(shù)據(jù)后，輕推滑塊，使遮光片劃過光電開關(guān)，記錄Et圖像。

3.用不同的速度輕推滑塊，重復(fù)過程2，并記錄數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理：

由圖中可以看出，電動(dòng)勢(shì)與磁通量變化率成正比。

反思

不同過程電壓差別較大，但是圖像與t軸所圍成的面積卻幾乎相同

這是由于圖像與t軸圍成的面積對(duì)應(yīng)于這段過程中的磁通量變化，而每個(gè)過程磁通量變化是相同的，所以面積相等。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論與自我評(píng)價(jià)

1.該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)運(yùn)用了實(shí)驗(yàn)室常見器材，操作簡(jiǎn)單，學(xué)生參與度高，可以進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)。

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)論精確度高，加深學(xué)生對(duì)法拉第電磁感應(yīng)定律的理解。

3.實(shí)驗(yàn)中的電壓傳感器量程較小，若滑塊速度太快電壓就會(huì)超出量程

參考文獻(xiàn)：

[1]王家慶.物理解題思路與方法.合肥：安徽科學(xué)技術(shù)出版社，2002.262～265.

[2]陳小平.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)高中生物理核心素養(yǎng)[J].課程教學(xué)研究.2016（10）：6771.