实验：定量探究电动势与磁通量变化率的关系

张益

摘要：高中物理教材上并未给出法拉第电磁感应定律的定量实验验证过程，学生理解起来比较困难。为了让学生更容易接受，突破教学难点，设计探究实验让学生自主探究物理定律。

关键词：探究实验 电磁感应 法拉第电磁感应定律 DIS

人教版教科书物理选修3-2第一章第三节内容是“楞次定律”，其中用演示实验定性探究了电动势与磁通量变化率的关系。学生很容易发现磁铁以较快速度插入线圈时，电压表示数较大，说明磁通量变化率越大，电动势越大。教师可以引导学生大胆提出猜想：电动势与磁通量变化率成正比。教材上并未给出相关定量实验，让学生去验证猜想，为此笔者设计如下实验，来定量探究电动势与磁通量变化率的关系。

实验原理

若能保证磁通量变化量一定，只要验证电动势与经历时间成反比，即可验证电动势与磁通量变化率成正比。

装置设计

实验电路图如下图所示，我们利用了光电开关，当光电门被遮光片遮住，光电开关闭合，当光电门未被挡住，光电开关断开。

测量过程初末位置如图所示，由于磁铁与光电门位置不变，每次遮光片通过光电门速度不同，时间也不同，但是磁通量的变化量不变。这些不同的电动势与对应时间均可通过微电压传感器测出。

实验仪器：

气垫导轨、钕磁铁、固定支架、微电压传感器、学生电源，激光光电开关、中间继电器

实验过程

1.安装气垫导轨，将线圈与光电开关、微电压传感器串联好，然后把光电开关固定在气垫导轨上，并调试好控制电路。

2.采集电压数据后，轻推滑块，使遮光片划过光电开关，记錄Et图像。

3.用不同的速度轻推滑块，重复过程2，并记录数据。

实验数据记录与处理：

由图中可以看出，电动势与磁通量变化率成正比。

反思

不同过程电压差别较大，但是图像与t轴所围成的面积却几乎相同

这是由于图像与t轴围成的面积对应于这段过程中的磁通量变化，而每个过程磁通量变化是相同的，所以面积相等。

实验结论与自我评价

1.该实验设计运用了实验室常见器材，操作简单，学生参与度高，可以进行演示实验。

2.实验结论精确度高，加深学生对法拉第电磁感应定律的理解。

3.实验中的电压传感器量程较小，若滑块速度太快电压就会超出量程

参考文献：

[1]王家庆.物理解题思路与方法.合肥：安徽科学技术出版社，2002.262～265.

[2]陈小平.创新实验设计，培养高中生物理核心素养[J].课程教学研究.2016（10）：6771.