[发明专利]法拉第电磁感应定律定量实验探究仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于高中物理教学的实验仪器，定量实验探究法拉第电磁感应定律的实验探究仪。

背景技术

法拉第电磁感应定律是高中物理教学的重点，但由于高中阶段没有要求通过定量实验来研究。根据教材前后内容的承接关系及学生的认知能力和特点， 完全可以通过实验定量探究。

发明内容

本发明提供一种既能定性又能定量探究感应电动势E与匝数N、磁通量变化率ΔΦ/Δt的关系的法拉第电磁感应定律实验探究仪。

本发明的法拉第电磁感应定律定量实验探究仪采用以下技术解决方案：

该法拉第电磁感应定律定量实验探究仪，包括圆柱形磁铁组、塑料圆筒、线圈、数字示波器、导线、塑料支架，磁铁组用速干水泥固定的不同数量的柱形磁铁，塑料圆筒上面标有用于显示磁铁下落高度的刻度，线圈可以成倍地改变匝数，线圈用导线与数字示波器组成闭合回路，数字示波器可以测出磁铁通过线圈时的感应电动势E的大小。

本发明的原理是：下落磁铁组通过线圈时，由于线圈的长度△l很小，通过的时间△t也极短，磁铁组下端磁极到达线圈时的瞬时速度为v，因此磁铁下落可看成自由落体运动，速度，又根据，得出，由此式可看出，△l、g均为定值，如果能验证E与N、△Φ、成正比，则即可验证法拉第电磁感应定律。

接好法拉第电磁感应定律定量实验探究仪的实验装置，让磁铁自由下落，采用控制变量法，控制N、△Φ不变，改变高度h，数字示波器测出磁铁组通过线圈时的感应电动势E的大小，探究E与的关系。

让磁铁从同一高度自由下落，改变磁铁的个数，数字示波器测出磁铁通过线圈时的感应电动势E，探究E与△Φ的关系。

保持线圈所处的位置不变，仅改变线圈的匝数N，让同一组磁铁从同一高度自由下落，数字示波器测出磁铁通过线圈时的感应电动势E，探究E与N的关系。

附图说明

图1是本发明法拉第电磁感应定律定量实验探究仪的结构装置示意图。

图2是倍增法改变磁铁个数的示意图。

图3是E与的关系图像图。

图4是E与磁铁个数n的关系图。

其中：1、磁铁组，2、透明塑料管，3、刻度，4、线圈，5、数字示波器。

具体实施方式

如图1所示，本发明的法拉第电磁感应定律定量实验探究仪，包括圆柱形磁铁组1、塑料圆筒2、线圈4、数字示波器5、导线、塑料支架，磁铁组1用速干水泥固定的不同数量的柱形磁铁，塑料圆筒2上面标有用于显示磁铁组1下落高度的刻度3，线圈4可以成倍地改变匝数，线圈4用导线与数字示波器5组成闭合回路，数字示波器5可以测出磁铁1通过线圈4时的感应电动势E的大小。

数字示波器5可以捕捉到磁铁1穿过线圈4时各个时刻的瞬时感应电动势，并且以波形的形式展现在屏幕上。本实验采用磁铁1下端磁极到达线圈4中心位置时所产生的峰值，即第一个峰值来采集电动势E的数据，这样，通过数字示波器5就实现了对瞬时感应电动势的测量。

利用控制变量法，逐步探究感应电动势E与N、△Φ、的定量关系。

利用塑料管上的高度刻度，记下磁铁组1下端到线圈4中心的高度h，利用数字示波器5测量磁铁组1下端磁极穿过线圈4中心时的感应电动势的大小。改变高度h，得到4组不同高度下的数据，记录数据，借助计算机软件绘制如图3所示的E-图像。

改变磁铁的个数并让磁铁组1从同一高度自由下落穿过同一个线圈4，采用如图2所示的倍增法改变磁铁的个数。由于2、4、6个磁铁的对称放置，磁场叠加后，磁通量就会成倍增加。由于磁铁组1从同一高度下落并穿过同一个线圈4，因此，磁通量的变化量正比于磁铁的个数n，这样探究感应电动势E与△Φ的定量关系就转化成了探究感应电动势E与磁铁个数n的关系。

利用计算机软件得到的E-n关系图像如图4所示。

把两个完全相同的线圈重叠套置在透明塑料管2圆筒上，让一个磁铁组1穿过该线圈4组合，利用数字示波器5可以把线圈4组合和单个线圈4中产生的感应电动势同时显示在屏幕上。数字示波器5的峰值分别为580 mV和 1.14 V，可以看出它们基本上是二倍关系，因此，就可得出感应电动势E与线圈4匝数N成正比。

数字示波器5上同时显示两个线圈的瞬时感应电动势的波形图，可以直观地进行瞬时感应电动势E数值的比较。

利用本发明的实验过程简捷，数据直观准确。