[实用新型]一种法拉第电磁感应定律综合演示实验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种演示实验装置，尤其涉及一种法拉第电磁感应定律综合演示实验装置。

背景技术

法拉第电磁感应定律的内容是“电路中感应电动势的大小跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比”。 该定律揭示了电与磁之间的内在联系，是整个电磁学的核心内容之一，同时也为后续学习互感、涡流、交流电等知识奠定了基础，在整个高中物理中占据重要的地位。

法拉第电磁感应定律教学，传统的方法是只进行定性的探究，用灵敏检流计显示感应电动势的大小，用条形磁铁的磁场强度来表征通过线圈的磁通量，用条形磁铁穿过线圈的快慢来表征通过线圈磁通量的变化时间。由于灵敏检流计指针偏转速度快，且不会稳定在某一固定的示数，所以，只能通过灵敏检流计指针偏转角度的大小来定性的判断感应电动势的大小，不能准确地测量感应电动势的数值；由于用手来控制条形磁铁穿过线圈的快慢，所以，也只能定性的判断通过线圈磁通量的变化时间，不能准确地测量通过线圈磁通量的变化时间。具体的实验方法是：先让磁铁以不同的快慢穿过同一线圈，较快穿过时，灵敏检流计指针偏转角度的大，较慢穿过时，灵敏检流计指针偏转角度的小，由此得出“当磁通量的变化量不变时，磁通量的变化时间短，感应电动势大，磁通量的变化时间长，感应电动势小” 的定性的实验结论；然后，让磁强场强度不同的条形磁铁以相同的快慢穿过同一线圈，磁强场强度大的条形磁铁，灵敏检流计指针偏转角度的大，磁强场强度小的条形磁铁，灵敏检流计指针偏转角度的小，由此得出“当磁通量的变化时间不变时，磁通量的变化量大，感应电动势大，磁通量的变化量小，感应电动势小”的定性的实验结论；再根据上述两实验结论，推理得出“通过线圈磁通量的变化率大，感应电动势大，通过线圈磁通量的变化率小，感应电动势小” 的定性的实验结论。

发明内容

本实用新型的目的在于提供了一种演示实验装置，可以定性和定量地探究法拉第电磁感应定律。本发明结构简单、实用性强、操作简便，深受师生欢迎。      

磁通量的变化量                                               的控制。根据磁通量的数学表达式，可以通过改变线圈匝数来改变磁通量的变化量。

磁通量的变化时间的控制。定性探究用条形磁铁抽出线圈的快慢来控制，条形磁铁快速从线圈中抽出，磁通量的变化时间小；条形磁铁慢速从线圈中抽出，磁通量的变化时间大。定量探究用条形磁铁自由下落的高度来控制，因为通过线圈磁通量的变化时间由条形磁铁穿过线圈的速度决定，当条形磁铁自由下落的高度远远大于线圈的高度时，条形磁铁自由穿过线圈的运动可以近似为匀速运动，根据自由落体和匀速运动的公式，可以推导出：，因此，可以通过改变条形磁铁自由下落的高度来改变通过线圈磁通量的变化时间；

感应电动势大小的表征。定性探究用发光二极管的亮度来表征感应电动势的大小，发光二极管越亮，感应电动势越大；发光二极管越暗，感应电动势越小。定量探究用发光二极管和电容器是串联组成电路来显示感应电动势大小，当条形磁铁自由穿入线圈时产生的感应电动势，使发光二极管正向导通并发光，电容器可以将感应电动势（感应电荷）储存起来，而当条形磁铁自由穿出线圈时产生的感应电动势使发光二极管处于反向截止状态，所以，电容器只能将条形磁铁自由穿入线圈时产生的感应电动势（感应电荷）储存起来，因此，用万用表测出电容器两端的电势差就是条形磁铁自由穿入线圈时产生的感应电动势。

本实用新型是这样来实现的。一种法拉第电磁感应定律综合演示实验装置，包括定性探究部分和定量探究部分，其特征是定性探究包括绕有不同匝数的线圈，条形磁铁，发光二极管，发光二极管连接线圈，条形磁铁以不同的速度从线圈中抽出，用发光二极管的亮度来显示感应电动势的大小；定量探究部分包括绕有不同匝数的线圈，条形磁铁，发光二极管、电容器，万用表，标有高度示数的PVC管，将线圈固定在PVC管上，并将线圈、发光二极管和电容器串联组成闭合电路，让条形磁铁从PVC管上自由下落并穿过线圈，用万用表测出电容器两端的电势差就是条形磁铁自由穿入线圈时产生的感应电动势。