利用可拆交流演示變壓器驗(yàn)證法拉第電磁感應(yīng)定律的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1、<p>　　利用可拆交流演示變壓器驗(yàn)證法拉第電磁感應(yīng)定律的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)</p><p>　　【摘要】介紹了利用長閉合導(dǎo)線代替演示變壓器的副線圈，進(jìn)行驗(yàn)證法拉第電磁感應(yīng)定律的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】變壓器　法拉第電磁感應(yīng)定律　實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) </p><p>　　法拉第電磁感應(yīng)定律是電磁學(xué)中的一個(gè)重要內(nèi)容，它揭示了感應(yīng)電動(dòng)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(shí)驗(yàn)總結(jié)出感應(yīng)電流、感應(yīng)電動(dòng)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(shí)驗(yàn)，分析插、拔磁鐵的快慢與靈敏電流表指針擺動(dòng)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(yīng)電動(dòng)勢也就越大”的結(jié)論。在此定性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，教材中直接引出了法拉第電磁感應(yīng)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(shí)驗(yàn)研究過程。由于采用手動(dòng)操作改變△φ/△t ，并且靈敏電流表的指針是瞬時(shí)晃動(dòng)的，實(shí)驗(yàn)操作、觀察都存在一定的局限，通常的實(shí)驗(yàn)也不能進(jìn)行進(jìn)一步的探究。在學(xué)習(xí)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(fù)實(shí)踐，設(shè)計(jì)出驗(yàn)證法拉第電磁感應(yīng)定律的實(shí)驗(yàn)辦法。 </p><p><b>　　一、實(shí)驗(yàn)器材 </b></p><p>　　可拆交流演示變壓器1個(gè)

4、，多用表1只，小燈座1個(gè)，3.8V小燈泡1只，長約3m的導(dǎo)線1根，220V交流電源 </p><p><b>　　二、實(shí)驗(yàn)原理 </b></p><p>　　根據(jù)變壓器工作原理，當(dāng)交流電通過原線圈時(shí)，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(dòng)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(dòng)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(shí)驗(yàn)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(dāng)橫軛完全閉合在鐵芯上時(shí)，電壓表測出副線圈中產(chǎn)生3V的感應(yīng)電流。將橫軛從原線圈端

6、向外緩慢地水平抽動(dòng)，小燈泡逐漸變暗，當(dāng)橫軛抽離鐵芯約3mm時(shí)（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(xué)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(dòng)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?。ù螅?。 </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(dǎo)線纏繞在鐵芯上代替副線圈，并將導(dǎo)線兩端與小燈泡串接成閉合

7、線路，同時(shí)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(shí)，燈絲微微發(fā)光；當(dāng)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(dǎo)線，感應(yīng)電動(dòng)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(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步進(jìn)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(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為ε0 ，則每多繞一匝線圈，整個(gè)閉合線路所圍的△φ/△t就增大一個(gè)單位△φ0/△t ，線路中感應(yīng)電動(dòng)勢也增大一個(gè)ε0 ，由此得出量化的結(jié)論――法拉第電磁感應(yīng)定律。 </p><p><b>　　3、補(bǔ)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(shí)在實(shí)驗(yàn)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(dǎo)線時(shí)，開口處的鐵芯內(nèi)上、下不同的位置，△φ/△t 有所差異，應(yīng)盡量使導(dǎo)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(dǎo)線到第3匝時(shí)，小燈泡仍然微微發(fā)光，而在纏繞到第3匝時(shí)，小燈泡卻并不發(fā)光。 </p><p>　　通過上述簡單直觀的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，既有利于加深學(xué)生對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解，