利用DISLab探究感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小與磁通量變化的關(guān)系

1、利用DISLab探究感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小與磁通量變化的關(guān)系遼寧沈陽師范大學(xué)物理系徐衛(wèi)東 選自物理教師2008年第9期法拉第電磁感應(yīng)定律是電磁感應(yīng)的核心內(nèi)容，也是高中物理教學(xué)的重點(diǎn)，探究感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小與磁通量的關(guān)系是學(xué)生認(rèn)識(shí)和理解法拉第電磁感應(yīng)定律的重要前提。傳統(tǒng)的中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)只能粗糙地得出：磁通量變化越快，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。如利用DISLab（數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室）能較為精確地探究感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小與磁通量變化率的定量關(guān)系?！緦?shí)驗(yàn)器材】朗威DISLab數(shù)據(jù)采集器、磁感應(yīng)強(qiáng)度傳感器、螺線管、滑動(dòng)變阻器、DISLab環(huán)形線圈（或自制小的環(huán)形線圈）、電流傳感器、微電流傳感器、導(dǎo)線、計(jì)算機(jī)、帶尺度的實(shí)驗(yàn)座架、學(xué)生

2、電源等。【實(shí)驗(yàn)操作】分2步完成。 1描繪螺線管軸線上的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布圖具體操作如下：（1）利用專用座架，確保磁傳感器探管與螺線管軸心重合。（2）將磁傳感器接入數(shù)據(jù)采集器，預(yù)熱4分鐘左右，打開教材通用軟件。（3）點(diǎn)擊“傳感器調(diào)零”，將傳感器探管前沿置于螺線管端口處。（4）接通低壓穩(wěn)壓直流電源，調(diào)節(jié)正負(fù)極，使磁傳感器的讀數(shù)為正值。（5）點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)記錄”，記錄當(dāng)前的磁感應(yīng)強(qiáng)度值（見表1），軟件默認(rèn)此刻的距離d為“0” 表1 次數(shù)磁感應(yīng)強(qiáng)度/B距離/d12.56023.040534.37145.231.555.64265.942.575.98385.813.594.784104.114.5113.42

3、5122.515.5（6）將磁傳感器探管推入螺線管，每次移動(dòng)0.5cm，記錄對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度值，得到多組數(shù)據(jù)，如表1，并可繪出磁感應(yīng)強(qiáng)度與到螺線管端口距離變化的規(guī)律，如圖1。從表1或圖1記錄的“磁感應(yīng)強(qiáng)度距離”數(shù)據(jù)，可以看出螺線管中心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度最強(qiáng)，關(guān)于中心對(duì)稱處的磁感應(yīng)強(qiáng)度相等。2探究感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小與磁通量變化的關(guān)系（1）磁場(chǎng)變化快慢一定，在螺線管內(nèi)部某一確定位置改變線圈平面與磁場(chǎng)的夾角。探究感應(yīng)電流（或感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)）大小與線圈平面和磁場(chǎng)夾角的關(guān)系（例如：線圈平面與磁場(chǎng)平行、線圈平面與磁場(chǎng)垂直或線圈平面與磁場(chǎng)呈任意角）。具體操作和結(jié)果略。（2）在螺線管內(nèi)部某一確定位置讓線圈平面與磁場(chǎng)垂直，

4、探究感應(yīng)電流與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系。具體操作如下： 將電流傳感器接入數(shù)據(jù)采集器，并與實(shí)驗(yàn)線圈相連，將線圈放入螺線管中某一位置，要求靠近螺線管中心附近（但不在螺線管中心），軸線與螺線管軸線重合，將磁傳感器接入數(shù)據(jù)采集器的另一通道，磁傳感器預(yù)熱4分鐘左右，置于環(huán)形線圈關(guān)于螺線管中心對(duì)稱的位置（注意：磁傳感器探管前沿未置于環(huán)形線圈處是為了減少感應(yīng)電流磁場(chǎng)的影響，而由實(shí)驗(yàn)的第1步可以知道在螺線管內(nèi)部關(guān)于螺線管中心對(duì)稱處的磁場(chǎng)是相等的），點(diǎn)擊教材通用軟件，準(zhǔn)備記錄數(shù)據(jù)，接通低壓正弦交流電源，點(diǎn)擊“傳感器調(diào)零”，再點(diǎn)擊“開始記錄”，并得到Bt圖線和it圖線（如圖2和圖3）。在本實(shí)驗(yàn)中感應(yīng)電流的測(cè)量先用“電流傳

5、感器”，如果讀數(shù)比較小再換用“微電流傳感器”， 對(duì)Bt圖線選定區(qū)域求導(dǎo)，之后再與it圖線比較，應(yīng)得出iB/t，又i/R，則EB/t。即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量的變化率成正比。 本實(shí) 本實(shí)驗(yàn)值得探究的問題 （1）實(shí)驗(yàn)的誤差主要有感應(yīng)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的影響（實(shí)驗(yàn)中已考慮到減少該誤差的影響），還有螺線管存在漏磁現(xiàn)象等。（2）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)存在缺陷。當(dāng)用學(xué)生電源輸入正弦低壓交流電時(shí)（注意：只允許輸入低壓），用電壓傳感器顯示的是三角形波形。用磁傳感器顯示的也是三角形波形（如圖4），如果確實(shí)是三角形波形，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電流it圖線應(yīng)是方波形（如圖5）。但實(shí)際上用DISLab作出的組合圖線如圖6，說明輸入的其實(shí)是正弦式交流電，只不過軟件的設(shè)計(jì)上還存在缺陷，不能很好地顯示正弦式交流電。 利用DISLab探究感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小與磁通量變化的關(guān)系，讓學(xué)生親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)探究，經(jīng)歷科學(xué)發(fā)現(xiàn)，重建科學(xué)規(guī)律的過程，不僅能