一种法拉第电磁感应定律综合演示实验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了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线圈，条形磁铁，发光二极管，发光二极管和线圈组成闭合电路，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；定量探究部分包括线圈、条形磁铁、发光二极管、电容器、万用表、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，让条形磁铁从标有高度示数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。本实用新型结构简单、实用性强、操作简便。
【专利说明】一种法拉第电磁感应定律综合演示实验装置
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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】
[0004]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。
[0005]磁通量的变化量Δ#的控制。根据磁通量的数学表达式= -VBS,可以通过改变线圈匝数来改变磁通量的变化量Δ#。
[0006]磁通量的变化时间M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Δt小；条形磁铁慢速从线圈中抽出，磁通量的变化时间Δ『大。定量探究用条形磁铁自由下落的高度Ar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r决定，当条形磁铁自由下落的高度丑远远大于线圈的高度I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:Δt=L/√2gH因此，可以通过改变条形磁铁自由下落的高度Ii来改变通过线圈磁通量的变化时间Δt ；
[0007]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。
[0008]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。
[0009]本实用新型的技术效果是:本演示实验装置不仅可以定性而且可以定量地探究感应电动势与磁通量的变化量和磁通量的变化时间之间的关系。定性探究用线圈匝数来表征通过线圈的磁通量，用条形磁铁运动的快慢来表征通过线圈磁通量的变化时间，用发光二极管的亮度来表征感应电动势的大小。定量探究用线圈匝数来表征通过线圈的磁通量，用条形磁铁自由下落的高度来表征通过线圈磁通量的变化时间，用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，串联发光二极管的电容器可以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，用万用表测出电容器两端的电势差即条形磁铁自由穿入线圈时产生的感应电动势。旨在激发学生学习兴趣，消除学生心中疑虑，培养学生严谨的科学态度和不懈的探索精神。实现了定性和定量探究感应电动势与穿过线圈磁通量的变化量Δ#和磁通量的变化时间Δ?之间的关系，从而达到综合探究法拉第电磁感应定律的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本实用新型的定性探究部分示意图。
[0011]图2是本实用新型的定量探究部分示意图。
[0012]图中11.条形磁铁I 12.线圈I 13.发光二极管I 21.条形磁铁II 22.PVC管23.线圈II 24.发光二极管II 25.电容器26.万用表。
【具体实施方式】
[0013]如图1所示，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，
[0014]定性探究部分:线圈I 12和发光二极管I 13串联组成闭合电路；条形磁铁I 11从线圈I 12中抽出，用发光二极管I 13的亮度显示感应电动势的大小。
[0015]定量探究部分:线圈II 23固定在PVC管22上；线圈II 23、发光二极管II 24、电容器25串联组成闭合电路；条形磁铁II 21从PVC管22上自由下落，用万用表26测电容器25两端电势差为感应电动势的大小。
[0016]应用所述演示实验装置的实验方法
[0017]一、定性探究
[0018]1、探究当磁通量的变化时间泣不变时，磁通量的变化量Λ#越大，感应电动势越大，磁通量变化量Λ#越小，感应电动势越小。
[0019](I)将两个不同匝数的线圈I 12分别与两个发光二极管I 12串联。
[0020](2)将条形磁铁I 11从线圈I 12中抽出，与匝数多的线圈I 12串联的发光二极管I 13比与匝数少的线圈I 12串联的发光二极管I 13更亮。
[0021](3)得出实验结论一当磁通量的变化时间Ar不变时，磁通量的变化量Δ#越大，感应电动势越大，磁通量变化量越小，感应电动势越小。
[0022]2、探究当磁通量的变化量不变时，磁通量的变化时间土越大，感应电动势越
小，磁通量的变化时间Ar越小，感应电动势越大。
[0023](I)将一个线圈I 12与一个发光二极管I 12串联。
[0024](2)将条形磁铁I 11以不同的速度从线圈I 12中抽出，条形磁铁I 11快速抽出时，发光二极管I 12的亮度，比条形磁铁I 11慢速抽出时小。
[0025](3)得出实验结论一当磁通量的变化量不变时，磁通量的变化时间Λ?越大，感应电动势越小，磁通量的变化时间ΔΙ越小，感应电动势越大。
[0026]3、探究感应电动势与穿过线圈磁通量的变化率
【权利要求】
1.一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线圈，条形磁铁，发光二极管，发光二极管和线圈组成闭合电路，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；定量探究部分包括线圈、条形磁铁、发光二极管、电容器、万用表、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，让条形磁铁从标有高度示数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。
2.如权利要求1所述的法拉第电磁感应定律综合演示实验装置，其特征是所述PVC管标有高度示数。
【文档编号】G09B23/18GK203825916SQ201420256288
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】蒋达国, 余晓光, 刘娇, 谢仁卿, 金示显, 张宇文 申请人:井冈山大学