对法拉第电磁感应定律实验的改进

蔺立昌

摘   要：由于高中阶段关于“法拉第电磁感应定律”的定量实验很难做成，因而普通高中课程标准物理实验教科书选修3-2（人教版）是通过几个定性实验，让学生观察磁通量变化的快慢是影响感应电动势大小的主要因素，然后就给出法拉第电磁感应定律。对于多匝问题如何处理，并未设计实验。笔者在此基础上设计实验，巧用示波器，定量探究多匝线圈的感应电动势，从而给出感应电动势的一般表达式。

关键词：示波器;感应电动势;磁通量

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2019）4-0050-2

1    定性探究实验设计

1.1    實验探究一

实验设计：改变导体在磁场中切割磁感线运动的快慢，观察比较感应电流的大小。

设计意图：通过实验探究，使学生在初中实验的基础上，激发探寻闭合线路一部分导体切割磁感线时产生感应电流的动因。

1.2    实验探究二

实验设计：改变磁铁相对于线圈上下运动的快慢，观察比较感应电流的大小。

设计意图：通过实验探究，让学生猜想和推断决定感应电动势大小的因素有哪些。

1.3    实验探究三

实验设计：通过开关与变阻器控制和改变A线圈的通电电流，观察比较B线圈感应电流的大小。以上三个实验的附图可以在高中物理教材上看到。

设计意图：通过实验探究，让学生进一步发现和论证自己的想法，体验过程与方法。

通过以上实验探究，只能定性得出“感应电动势与磁通量的变化率成正比”，即

当线圈匝数为n时，如何得出 ，教科书中并未设计实验。笔者在教学中通过以下实验设计，巧用示波器，定量探究多匝线圈的感应电动势，从而给出感应电动势的一般表达式。

2    补充改进实验设计

2.1    实验设计

如图1所示，将一带铁芯的感应线圈A（实验探究三中的A线圈即可）与滑动变阻器R（0～100 Ω）及开关S等接入学生电源的交流输出端（输出电压控制在0～12 V）。如图2所示，用细而软的绝缘导线在感应线圈上绕3圈后，两端接到示波器的Y输入端。打开示波器，聚焦调节辉度，并使亮点位于示波器屏幕坐标正中央。

2.2    实验探究过程

（1）打开学生电源，闭合开关S，调节学生电源交流输出电压和滑动变阻器阻值，使示波器屏幕显示的纵向亮线约占一格，如图3所示。

（2）断开开关S，不再变动学生电源输出电压和滑动变阻器阻值，在感应线圈上绕6圈后，闭合开关S，示波器屏幕显示如图4所示。

（3）断开开关S，不再变动学生电源输出电压和滑动变阻器阻值，在感应线圈上绕9圈后，闭合开关S，示波器屏幕显示如图5所示。

（4）断开开关S，不再变动学生电源输出电压和滑动变阻器阻值，在感应线圈上绕12圈后，闭合开关S，示波器屏幕显示如图6所示。

2.3    实验结论

结论1：当在感应线圈上绕3匝时，示波器屏幕纵向出现1格亮线;

结论2：当在感应线圈上绕6匝时，示波器屏幕纵向出现2格亮线;

结论3：当在感应线圈上绕9匝时，示波器屏幕纵向出现3格亮线;

结论4：当在感应线圈上绕12匝时，示波器屏幕纵向出现4格亮线。

实验结论：在同样的磁通量变化率下，感应电动势与线圈匝数成正比，最后总结得出

3.1    拓展实验设计

实验设计：如教材中安排，体验“摇绳发电”、研究“电吉他”的发声原理、思考“绳系卫星”切割地磁的方式。

设计目的：使学生能够将所学知识联系生活实际、注重实践探究，关注学生的发展。

3.2    体验探究设计

（1）找一个自发电式手电筒，拆解开，观察并研究是如何发电的？

（2）通过听讲座、看录像或借助网络等活动，了解我国发电种类及现状，尝试设计或自制一种小小直流发电机。

参考文献：

[1]人民教育出版社课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书·物理·选修3-2[M].北京：人民教育出版社，2010.

（栏目编辑    王柏庐）

收稿日期：2019-01-02

作者简介：蔺立昌（1968-），男，中学高级教师，主要从事高中物理教学工作及高考物理备考复习研究。宁夏回族自治区骨干教师，宁夏物理学会常务理事。曾获宁夏回族自治区教科研工作先进个人，全国中学物理教学改革创新大赛一等奖等荣誉。