[发明专利]直接利用直流电定量验证法拉第电磁感应定律的实验方法

摘要

本发明涉及一种直接利用直流电定量验证法拉第电磁感应定律的实验方法，实施步骤如下：首先准备实验器材：直流30V稳压电源1个，直流12V电源1个，滑动变阻器1个，其阻值范围为0Ω～200Ω，工作电流为1A，开关2个；指针式灵敏电流计1个，其精度10‑10～10‑12A，满刻度电流30μA；毫安表1个，其量程300mA；旋转式电位器1个，其阻值范围为100Ω～2.2MΩ，额定电压50V；计时低速6档调速电机1个，万用表1个，螺线管1个，其直径为4cm；4匝并联线圈1个，其直径为10cm；线圈及螺线管支架1个及若干导线；然后进行操作实验；最后进行数据处理。本发明设计合理新颖、性能安全可靠、操作简便、有助于学生更形象直观地理解法拉第电磁感应定律；具有一定的经济效益和重大的社会效益。

主权项

一种直接利用直流电定量验证法拉第电磁感应定律的实验方法，其特征在于实验方法具体实施步骤如下：首先，准备实验器材：直流30V稳压电源1个，直流12V电源1个，滑动变阻器1个，其阻值范围为0～200Ω,工作电流为1A，开关2个；指针式灵敏电流计1个，其精度10‑10～10‑12A，满刻度电流30μA；毫安表1个，其量程300mA；旋转式电位器1个，其阻值范围为100Ω～2.2MΩ，额定电压50V；计时低速6档调速电机1个，普通万用表1个，螺线管1个，其直径为4cm；4匝并联线圈1个，其直径为10cm；线圈及螺线管支架1个，导线若干；操作实验步骤：(1)设有连接电路，其中一部分将开关K2、电流计、线圈用导线依次串联；另一部分将开关K1、稳压电源、滑动变阻器、螺线管、毫安表、电位器用导线依次串联，开关K1，K2处于打开状态，将滑动变阻器阻值调至最大，阻值为200Ω，电位器阻值调至最小，阻值为50Ω，将电位器与调速电机相连；(2)闭合开关K1，K2，调整滑动变阻器阻值，使毫安表指针偏转到刻度线三分之二处，此时螺线管中的电流强度为毫安表量程的三分之二，即200mA；(3)将调速电机1倍速按钮按下，均匀增大电位器电阻，记录此时的毫安表的示数I1，填入表1中；观察灵敏电流计指示，当灵敏电流计指示稳定时，断开调速电机，记录此时的毫安表的示数I2，灵敏电流计示数i及电机转动时间Δt，填入表1中；(4)将调速电机反向开关按下，将1倍速按钮按下，减小电位器电阻，记录此时的毫安表的示数I1＇，填入表2中；观察灵敏电流计指示，当灵敏电流计指示稳定时，断开调速电机，记录此时的毫安表的示数I2＇，灵敏电流计示数i＇及电机转动时间Δt＇，填入表2中；(5)分别将调速电机2倍速，3倍速，4倍速，5倍速按钮按下，重复步骤(3)、(4)两步；(6)利用万用表测量线圈的电阻；表1 增大电位器阻值时的测量数据转速i(10‑6A)I1(10‑3A)I2(10‑3A)ΔI＝I2‑I1(10‑3A)Δt(s)ΔI/Δt(10‑3A/s)1倍速      2倍速      3倍速      4倍速      5倍速      表2 减小电位器阻值时的测量数据最后，进行数据处理：将在实验中测量得到的数据按表1和表2中的计算公式计算出结果，实验中分别对螺线管中电流强度增大和减小两种情况下，分别在直角坐标纸上作i～ΔI/Δt曲线，采用直线近似，作图中注意电流i及i＇的正负号；法拉第电磁感应定律表明i～ΔI/Δt曲线为直线，其斜率的绝对值为k＝M/R；若在实验中测量得到了线圈的电阻，则通过斜率k可以得到线圈与螺线管之间的互感系数M＝kR；更进一步的扩展实验，如果改变线圈的位置，则重新测量可以发现线圈与螺线管之间的互感系数M发生变化，证明线圈与螺线管之间的互感系数M与它们之间的相对位置有关。