利用可拆交流演示變壓器驗證法拉第電磁感應定律的實驗設(shè)計

1、<p>　　利用可拆交流演示變壓器驗證法拉第電磁感應定律的實驗設(shè)計</p><p>　　【摘要】介紹了利用長閉合導線代替演示變壓器的副線圈，進行驗證法拉第電磁感應定律的實驗設(shè)計。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】變壓器　法拉第電磁感應定律　實驗設(shè)計 </p><p>　　法拉第電磁感應定律是電磁學中的一個重要內(nèi)容，它揭示了感應電動勢ε感與閉合線圈內(nèi)磁通量的

2、變化率△φ/△t 、線圈匝數(shù)n所成的正比關(guān)系：ε感= n △φ/△t 。在實驗總結(jié)出感應電流、感應電動勢產(chǎn)生的條件后，教材中通過用條形磁鐵插入、拔出串接了靈敏電流表的閉合線圈實驗，分析插、拔磁鐵的快慢與靈敏電流表指針擺動的幅度關(guān)系，得出“閉合線路內(nèi)，磁通量的變化率越大，線圈的匝數(shù)越多，產(chǎn)生的感應電動勢也就越大”的結(jié)論。在此定性實驗的基礎(chǔ)上，教材中直接引出了法拉第電磁感應定律。很顯然，上述方法省略了“ε感與n 、△φ/△t‘成正比’”這一

3、量化結(jié)論的實驗研究過程。由于采用手動操作改變△φ/△t ，并且靈敏電流表的指針是瞬時晃動的，實驗操作、觀察都存在一定的局限，通常的實驗也不能進行進一步的探究。在學習完交流電、變壓器等知識后，筆者利用可拆交流演示變壓器，通過反復實踐，設(shè)計出驗證法拉第電磁感應定律的實驗辦法。 </p><p><b>　　一、實驗器材 </b></p><p>　　可拆交流演示變壓器1個

4、，多用表1只，小燈座1個，3.8V小燈泡1只，長約3m的導線1根，220V交流電源 </p><p><b>　　二、實驗原理 </b></p><p>　　根據(jù)變壓器工作原理，當交流電通過原線圈時，鐵芯中將產(chǎn)生峰值穩(wěn)定、交流變化的△φ/△t 。如果水平抽動變壓器上端的橫軛，鐵芯不再完全閉合，部分磁感線外泄，造成鐵芯中的△φ/△t變?。ㄈ鐖D1所示）。依照上述操作，便可

5、改變△φ/△t 的大小。若抽動橫軛到某一固定位置，就能獲得比較穩(wěn)定的△φ/△t。 </p><p><b>　　三、實驗過程 </b></p><p>　　1、定性研究ε感與△φ/△t 之間的關(guān)系將多用表調(diào)至交流電壓10V檔，與小燈泡并聯(lián)，共同串接到副線圈3V檔，原線圈接入220V交流電。當橫軛完全閉合在鐵芯上時，電壓表測出副線圈中產(chǎn)生3V的感應電流。將橫軛從原線圈端

6、向外緩慢地水平抽動，小燈泡逐漸變暗，當橫軛抽離鐵芯約3mm時（如圖2所示），可以觀察電壓讀數(shù)已經(jīng)降到2V左右。利用上述直觀的現(xiàn)象，引發(fā)學生思考該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，通過分析，可知ε感與橫軛的水平抽動有關(guān)，即與變小的△φ/△t 有關(guān)，從而得出定性結(jié)論：△φ/△t 越?。ù螅?，ε感越小（大）。 </p><p>　　2、定量研究ε感與n的正比關(guān)系除去副線圈，換上長導線纏繞在鐵芯上代替副線圈，并將導線兩端與小燈泡串接成閉合

7、線路，同時將多用表與小燈泡并聯(lián)。將橫軛開口距離調(diào)至3mm左右。隨著纏繞在鐵芯上的線圈匝數(shù)增多，可以觀察到小燈泡從不亮到亮的變化過程：在繞到第4匝時，燈絲微微發(fā)光；當線圈繞到20匝左右，小燈泡已經(jīng)比較亮了。繞線過程中，觀察多用表上交流電壓讀數(shù)，發(fā)現(xiàn)每多繞一匝導線，感應電動勢約增大0.1V，可得出ε感與n的定量關(guān)系。 </p><p>　　通過上述實驗，進一步進行分析探究：假設(shè)每一匝線圈內(nèi)的磁通量的變化率為△φ0/△

8、t ，對應產(chǎn)生的感應電動勢為ε0 ，則每多繞一匝線圈，整個閉合線路所圍的△φ/△t就增大一個單位△φ0/△t ，線路中感應電動勢也增大一個ε0 ，由此得出量化的結(jié)論――法拉第電磁感應定律。 </p><p><b>　　3、補充說明 </b></p><p>　　1）為了操作方便，通常將副線圈擺放在操作者右手邊，同時在實驗中注意安全用電，勿用身體接觸原線圈中的交流電。

9、 </p><p>　　2）纏繞導線時，開口處的鐵芯內(nèi)上、下不同的位置，△φ/△t 有所差異，應盡量使導線繞在鐵芯下部的同一位置附近。 </p><p>　　3）由于自感作用，從鐵芯上逐漸解開纏繞的導線到第3匝時，小燈泡仍然微微發(fā)光，而在纏繞到第3匝時，小燈泡卻并不發(fā)光。 </p><p>　　通過上述簡單直觀的實驗驗證，既有利于加深學生對法拉第電磁感應定律的理解，