本發(fā)明涉及一種用于高中物理教學的實驗儀器，定量實驗探究法拉第電磁感應(yīng)定律的實驗探究儀。

背景技術(shù)：

法拉第電磁感應(yīng)定律是高中物理教學的重點，但由于高中階段沒有要求通過定量實驗來研究。根據(jù)教材前后內(nèi)容的承接關(guān)系及學生的認知能力和特點， 完全可以通過實驗定量探究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種既能定性又能定量探究感應(yīng)電動勢E與匝數(shù)N、磁通量變化率ΔΦ/Δt的關(guān)系的法拉第電磁感應(yīng)定律實驗探究儀。

本發(fā)明的法拉第電磁感應(yīng)定律定量實驗探究儀采用以下技術(shù)解決方案：

該法拉第電磁感應(yīng)定律定量實驗探究儀，包括圓柱形磁鐵組、塑料圓筒、線圈、數(shù)字示波器、導線、塑料支架，磁鐵組用速干水泥固定的不同數(shù)量的柱形磁鐵，塑料圓筒上面標有用于顯示磁鐵下落高度的刻度，線圈可以成倍地改變匝數(shù)，線圈用導線與數(shù)字示波器組成閉合回路，數(shù)字示波器可以測出磁鐵通過線圈時的感應(yīng)電動勢E的大小。

本發(fā)明的原理是：下落磁鐵組通過線圈時，由于線圈的長度△l很小，通過的時間△t也極短，磁鐵組下端磁極到達線圈時的瞬時速度為v，因此磁鐵下落可看成自由落體運動，速度，又根據(jù)，得出，由此式可看出，△l、g均為定值，如果能驗證E與N、△Φ、成正比，則即可驗證法拉第電磁感應(yīng)定律。

接好法拉第電磁感應(yīng)定律定量實驗探究儀的實驗裝置，讓磁鐵自由下落，采用控制變量法，控制N、△Φ不變，改變高度h，數(shù)字示波器測出磁鐵組通過線圈時的感應(yīng)電動勢E的大小，探究E與的關(guān)系。

讓磁鐵從同一高度自由下落，改變磁鐵的個數(shù)，數(shù)字示波器測出磁鐵通過線圈時的感應(yīng)電動勢E，探究E與△Φ的關(guān)系。

保持線圈所處的位置不變，僅改變線圈的匝數(shù)N，讓同一組磁鐵從同一高度自由下落，數(shù)字示波器測出磁鐵通過線圈時的感應(yīng)電動勢E，探究E與N的關(guān)系。

附圖說明

圖1是本發(fā)明法拉第電磁感應(yīng)定律定量實驗探究儀的結(jié)構(gòu)裝置示意圖。

圖2是倍增法改變磁鐵個數(shù)的示意圖。

圖3是E與的關(guān)系圖像圖。

圖4是E與磁鐵個數(shù)n的關(guān)系圖。

其中：1、磁鐵組，2、透明塑料管，3、刻度，4、線圈，5、數(shù)字示波器。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明的法拉第電磁感應(yīng)定律定量實驗探究儀，包括圓柱形磁鐵組1、塑料圓筒2、線圈4、數(shù)字示波器5、導線、塑料支架，磁鐵組1用速干水泥固定的不同數(shù)量的柱形磁鐵，塑料圓筒2上面標有用于顯示磁鐵組1下落高度的刻度3，線圈4可以成倍地改變匝數(shù)，線圈4用導線與數(shù)字示波器5組成閉合回路，數(shù)字示波器5可以測出磁鐵1通過線圈4時的感應(yīng)電動勢E的大小。

數(shù)字示波器5可以捕捉到磁鐵1穿過線圈4時各個時刻的瞬時感應(yīng)電動勢，并且以波形的形式展現(xiàn)在屏幕上。本實驗采用磁鐵1下端磁極到達線圈4中心位置時所產(chǎn)生的峰值，即第一個峰值來采集電動勢E的數(shù)據(jù)，這樣，通過數(shù)字示波器5就實現(xiàn)了對瞬時感應(yīng)電動勢的測量。

利用控制變量法，逐步探究感應(yīng)電動勢E與N、△Φ、的定量關(guān)系。

利用塑料管上的高度刻度，記下磁鐵組1下端到線圈4中心的高度h，利用數(shù)字示波器5測量磁鐵組1下端磁極穿過線圈4中心時的感應(yīng)電動勢的大小。改變高度h，得到4組不同高度下的數(shù)據(jù)，記錄數(shù)據(jù)，借助計算機軟件繪制如圖3所示的E-圖像。

改變磁鐵的個數(shù)并讓磁鐵組1從同一高度自由下落穿過同一個線圈4，采用如圖2所示的倍增法改變磁鐵的個數(shù)。由于2、4、6個磁鐵的對稱放置，磁場疊加后，磁通量就會成倍增加。由于磁鐵組1從同一高度下落并穿過同一個線圈4，因此，磁通量的變化量正比于磁鐵的個數(shù)n，這樣探究感應(yīng)電動勢E與△Φ的定量關(guān)系就轉(zhuǎn)化成了探究感應(yīng)電動勢E與磁鐵個數(shù)n的關(guān)系。

利用計算機軟件得到的E-n關(guān)系圖像如圖4所示。

把兩個完全相同的線圈重疊套置在透明塑料管2圓筒上，讓一個磁鐵組1穿過該線圈4組合，利用數(shù)字示波器5可以把線圈4組合和單個線圈4中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢同時顯示在屏幕上。數(shù)字示波器5的峰值分別為580 mV和 1.14 V，可以看出它們基本上是二倍關(guān)系，因此，就可得出感應(yīng)電動勢E與線圈4匝數(shù)N成正比。

數(shù)字示波器5上同時顯示兩個線圈的瞬時感應(yīng)電動勢的波形圖，可以直觀地進行瞬時感應(yīng)電動勢E數(shù)值的比較。

利用本發(fā)明的實驗過程簡捷，數(shù)據(jù)直觀準確。