CN106057041B - 一种解决电磁感应问题的实验仪器及操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高中物理电磁感应技术领域，具体地说是一种解决电磁感应问题的实验仪器及操作方法，其特征在于该实验仪器由支撑装置和实验操作装置组成，所述的支撑装置包括夹子、支架和固定板，所述的固定板上设有实验操作装置，实验操作装置由打点计时器、纸带、线圈、重物和万用电表组成，打点计时器和线圈分别经支座固定在固定板上，线圈位于打点计时器的上方并呈竖直排列，线圈中心与打点计时器的限位孔在同一条直线上，纸带依次穿过线圈和打点计时器的限位孔并与重物相连接，纸带上设有磁条，所述的线圈经导线与固定板上设有的万用电表相连接，具有结构简单、实验结论说服力强、便于学生直观的理解和掌握等优点。
Description
技术领域
本发明涉及高中物理电磁感应技术领域，具体地说是一种结构简单、实验结论说服力强、便于学生直观的理解和掌握的解决电磁感应问题的实验仪器及操作方法。
背景技术
众所周知，电磁感应是指放在变化磁通量中的导体，会产生电动势，法拉第发现产生在闭合回路上的电动势（electromotive force，简称EMF）和通过任何该路径所包围的曲面上磁通量的变化率成正比，这意味着当通过导体所包围的曲面的磁通量变化时电流会在任何闭合导体内流动，这适用于当场本身变化时或者导体在场内运动时，电磁感应是发电机、感应马达、变压器和大部分其他电力设备的操作的基础。
目前，高中教师在讲解物理《选修3-2》《电磁感应》探究感应电流产生条件和楞次定律演示仪时使用较为简洁直观的仪器对其进行大致的讲解，但是这套装置不够精确，虽然和生活联系较近，却和我们学习过的运动学知识联系不大，不利于我们利用所学知识对物理现象进行定量分析和提升物理素养。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单、实验结论说服力强、便于学生直观的理解和掌握的解决电磁感应问题的实验仪器及操作方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种解决电磁感应问题的实验仪器，其特征在于该实验仪器由支撑装置和实验操作装置组成，所述的支撑装置包括夹子、支架和固定板，支架下端设有夹子，夹子的夹柄与支架下端相连接，夹子的夹头开口朝向支架左侧并与支架轴线相垂直，所述的支架上端的右侧设有竖直的固定板，所述的固定板上设有实验操作装置，实验操作装置由打点计时器、纸带、线圈、重物和万用电表组成，打点计时器和线圈分别经支座固定在固定板上，线圈位于打点计时器的上方并呈竖直排列，线圈中心与打点计时器的限位孔在同一条直线上，纸带依次穿过线圈和打点计时器的限位孔并与重物相连接，纸带上设有磁条，所述的线圈经导线与固定板上设有的万用电表相连接。
一种解决电磁感应问题的实验仪器的操作方法，其特征在于操作步骤如下：
（1）验证楞次定律：首先固定安装好仪器，将该实验仪器中的夹子夹在桌子的侧面，进而固定住实验仪器的实验操作装置，再将连接重物的带有磁性较强的磁条的纸带穿过限位孔和线圈并固定，再打开电火花打点计时器的电源，待稳定后自由释放重物，然后对点迹进行分析计算，在误差允许的范围内，或利用相同的不带磁性的纸带做相同实验，发现实际打得点迹间隔与理论间隔相比有较大的缩减，验证得楞次定律的阻碍作用。
（2）研究电磁感应定律：首先固定安装好仪器，将该实验仪器中的夹子夹在桌子的侧面，进而固定住实验仪器的实验操作装置，打开万用电表开关，再将连接重物的带有磁性较强的磁条的纸带穿过限位孔和线圈并固定，再打开电火花打点计时器的电源，待稳定后自由释放重物，记录万用电表多次测得的瞬时电流数据，然后对点迹进行分析计算，根据数据研究电磁感应定律，通过实验，收集不同速度的磁体穿过线圈时产生的感应电流大小，间接得到感应电流产生的条件和大小结论等，更换万用电表与线圈连接的出线端口，通过不同匝数的线圈测得的实验数据进行分析比较，得出感应电流产生的条件和大小。
本发明所述的纸带上磁条间隔设为运动时间相等和间距相等的两种纸带，方便记录数据和学生操作。
本发明所述的线圈上设有至少两个出线端口，出线端口之间的距离相同并保证线圈匝数相同，通过连接不同匝数线圈出线端口控制线圈匝数，进而观测线圈匝数的不同对电磁感应电流的变化。
本发明所述的打点计时器为电火花打点计时器，电火花打点计时器在操作过程中实验误差小，保证实验结论的准确性。
本发明由于该实验仪器由支撑装置和实验操作装置组成，所述的支撑装置包括夹子、支架和固定板，支架下端设有夹子，夹子的夹柄与支架下端相连接，夹子的夹头开口朝向支架左侧并与支架轴线相垂直，所述的支架上端的右侧设有竖直的固定板，所述的固定板上设有实验操作装置，实验操作装置由打点计时器、纸带、线圈、重物和万用电表组成，打点计时器和线圈分别经支座固定在固定板上，线圈位于打点计时器的上方并呈竖直排列，线圈中心与打点计时器的限位孔在同一条直线上，纸带依次穿过线圈和打点计时器的限位孔并与重物相连接，纸带上设有磁条，所述的线圈经导线与固定板上设有的万用电表相连接，所述的纸带上磁条间隔设为运动时间相等和间距相等的两种纸带，方便记录数据和学生操作，所述的线圈上设有至少两个出线端口，出线端口之间的距离相同并保证线圈匝数相同，通过连接不同匝数线圈出线端口控制线圈匝数，进而观测线圈匝数的不同对电磁感应电流的变化，所述的打点计时器为电火花打点计时器，电火花打点计时器在操作过程中实验误差小，保证实验结论的准确性，具有结构简单、实验结论说服力强、便于学生直观的理解和掌握等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中实验操作装置的结构示意图。
图3是本发明中证明楞次定律有阻碍作用的纸带。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明：
如附图所示，一种解决电磁感应问题的实验仪器及操作方法，其特征在于该实验仪器由支撑装置和实验操作装置组成，所述的支撑装置包括夹子1、支架2和固定板3，支架2下端设有夹子1，夹子1的夹柄与支架2下端相连接，夹子1的夹头开口朝向支架2左侧并与支架2轴线相垂直，所述的支架2上端的右侧设有竖直的固定板3，所述的固定板3上设有实验操作装置，实验操作装置由打点计时器4、纸带5、线圈6、重物7和万用电表8组成，打点计时器4和线圈6分别经支座固定在固定板3上，线圈6位于打点计时器4的上方并呈竖直排列，线圈6中心与打点计时器4的限位孔在同一条直线上，纸带5依次穿过线圈6和打点计时器4的限位孔并与重物7相连接，纸带5上设有磁条9，所述的线圈6经导线与固定板3上设有的万用电表8相连接，所述的纸带5上磁条9间隔设为运动时间相等和间距相等的两种纸带，方便记录数据和学生操作，所述的线圈6上设有至少两个出线端口10，出线端口10之间的距离相同并保证线圈6匝数相同，通过连接不同匝数线圈6出线端口10控制线圈6匝数，进而观测线圈6匝数的不同对电磁感应电流的变化，所述的打点计时器4为电火花打点计时器，电火花打点计时器在操作过程中实验误差小，保证实验结论的准确性，其操作方法为：（1）在验证楞次定律有阻碍作用时，首先固定安装好仪器，将该实验仪器中的夹子1夹在桌子的侧面，进而固定住实验仪器的实验操作装置，再将连接重物7的带有磁性较强的磁条9的纸带5穿过限位孔和线圈6并固定，再打开电火花打点计时器的电源，待稳定后自由释放重物，然后对点迹进行分析计算，在误差允许的范围内，或利用相同的不带磁性的纸带5做相同实验，发现实际打得点迹间隔与理论间隔相比有较大的缩减，验证得楞次定律的阻碍作用（如图3所示，图3中虚线表示自由落体点迹的理论位置，实线表示实验中实际测量的点迹位置）；（2）在研究电磁感应定律时，首先固定安装好仪器，将该实验仪器中的夹子1夹在桌子的侧面，进而固定住实验仪器的实验操作装置，打开万用电表8开关，再将连接重物7的带有磁性较强的磁条9的纸带5穿过限位孔和线圈6并固定，再打开电火花打点计时器4的电源，待稳定后自由释放重物7，记录万用电表8多次测得的瞬时电流数据，然后对点迹进行分析计算，根据数据研究电磁感应定律，通过实验，收集不同速度的磁体穿过线圈时产生的感应电流大小，间接得到感应电流产生的条件和大小结论等，更换万用电表8与线圈6连接的出线端口10，通过不同匝数的线圈6测得的实验数据进行分析比较，得出感应电流产生的条件和大小。
本发明对探究感应电流产生条件以及楞次定律的实验的改进等进行了详细的研究，其中实验中利用带磁条的纸带5提供磁感应强度大小相等的磁场，将电磁学内容与运动学内容进行了有机结合，适用于初步了解感应电流产生条件后对其的进一步探究，学生通过运用自己所熟知的运动学公式，十分容易计算出纸带5经过时的理论速度，将其与实际测得速度相比较便可验证楞次定律以及电磁感应定律，本发明打点计时器4可以将相等时间间隔内纸带5位移大小用点迹间隔表示，将纸带5固定位置，打开打点计时器4电源，再释放纸带5，便可用于探究直线运动的相关属性，而利用电火花打点计时器4和相等间隔内贴有磁条9或粘有磁粉的纸带5，将纸带穿过匝数较大的线圈6，既不会影响到纸带运动的速度，在线圈6内也可感应到相应的感应电流，如果磁性较弱，也可在纸带上联结多个磁铁，在自由下落的过程中不互相影响且先后穿过线圈，现象更为明显。
本发明由于该实验仪器由支撑装置和实验操作装置组成，所述的支撑装置包括夹子1、支架2和固定板3，支架2下端设有夹子1，夹子1的夹柄与支架2下端相连接，夹子1的夹头开口朝向支架2左侧并与支架2轴线相垂直，所述的支架2上端的右侧设有竖直的固定板3，所述的固定板3上设有实验操作装置，实验操作装置由打点计时器4、纸带5、线圈6、重物7和万用电表8组成，打点计时器4和线圈6分别经支座固定在固定板3上，线圈6位于打点计时器4的上方并呈竖直排列，线圈6中心与打点计时器4的限位孔在同一条直线上，纸带5依次穿过线圈6和打点计时器4的限位孔并与重物7相连接，纸带5上设有磁条9，所述的线圈6经导线与固定板3上设有的万用电表8相连接，所述的纸带5上磁条9间隔设为运动时间相等和间距相等的两种纸带，方便记录数据和学生操作，所述的线圈6上设有至少两个出线端口10，出线端口10之间的距离相同并保证线圈6匝数相同，通过连接不同匝数线圈6出线端口10控制线圈6匝数，进而观测线圈6匝数的不同对电磁感应电流的变化，所述的打点计时器4为电火花打点计时器，电火花打点计时器在操作过程中实验误差小，保证实验结论的准确性，本实验仪器优点在于学生可以将十分熟悉的运动学知识活学活用，真正做到物理学利用掌握的知识对新的问题进行深入探究的过程，同时，在保证实验合理性前提下使实验结果更加具有说服力，真正做到了学习与实践的有机结合，为实验设计提供了新的思路，具有结构简单、实验结论说服力强、便于学生直观的理解和掌握等优点。
Claims (2)
1.一种解决电磁感应问题的实验仪器，其特征在于该实验仪器由支撑装置和实验操作装置组成，所述的支撑装置包括夹子、支架和固定板，支架下端设有夹子，夹子的夹柄与支架下端相连接，夹子的夹头开口朝向支架左侧并与支架轴线相垂直，所述的支架上端的右侧设有竖直的固定板，所述的固定板上设有实验操作装置，实验操作装置由打点计时器、纸带、线圈、重物和万用电表组成，打点计时器和线圈分别经支座固定在固定板上，线圈位于打点计时器的上方并呈竖直排列，线圈中心与打点计时器的限位孔在同一条直线上，纸带依次穿过线圈和打点计时器的限位孔并与重物相连接，纸带上设有磁条，所述的线圈经导线与固定板上设有的万用电表相连接，所述的纸带上磁条间隔设为运动时间相等和间距相等的两种纸带，所述的线圈上设有至少两个出线端口，出线端口之间的距离相同并保证线圈匝数相同，通过连接不同匝数线圈出线端口控制线圈匝数，进而观测线圈匝数的不同对电磁感应电流的变化，所述的打点计时器为电火花打点计时器。
2.根据权利要求1所述的一种解决电磁感应问题的实验仪器，其特征在于该实验仪器的操作步骤如下：（1）验证楞次定律：首先固定安装好实验仪器，将该实验仪器中的夹子夹在桌子的侧面，进而固定住实验仪器的实验操作装置，再将连接重物的带有磁性较强的磁条的纸带穿过限位孔和线圈并固定，再打开电火花打点计时器的电源，待稳定后自由释放重物，然后对点迹进行分析计算，在误差允许的范围内，或利用相同的不带磁性的纸带做相同实验，发现实际打出的点迹间隔与理论间隔相比有较大的缩减，验证得出楞次定律的阻碍作用；（2）研究电磁感应定律：首先固定安装好实验仪器，将该实验仪器中的夹子夹在桌子的侧面，进而固定住实验仪器的实验操作装置，打开万用电表开关，再将连接重物的带有磁性较强的磁条的纸带穿过限位孔和线圈并固定，再打开电火花打点计时器的电源，待稳定后自由释放重物，记录万用电表多次测得的瞬时电流数据，然后对点迹进行分析计算，根据数据研究电磁感应定律，通过实验，收集不同速度的磁体穿过线圈时产生的感应电流大小，间接得到感应电流产生的条件和大小结论，更换万用电表与线圈连接的出线端口，通过不同匝数的线圈测得的实验数据进行分析比较，得出感应电流产生的条件和大小。
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