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1、利用DISLab探究感应电动势大小与磁通量变化的关系辽宁沈阳师范大学物理系徐卫东 选自物理教师2008年第9期法拉第电磁感应定律是电磁感应的核心内容，也是高中物理教学的重点，探究感应电动势大小与磁通量的关系是学生认识和理解法拉第电磁感应定律的重要前提。传统的中学物理实验只能粗糙地得出：磁通量变化越快，感应电动势越大。如利用DISLab（数字化信息系统实验室）能较为精确地探究感应电动势大小与磁通量变化率的定量关系。【实验器材】朗威DISLab数据采集器、磁感应强度传感器、螺线管、滑动变阻器、DISLab环形线圈（或自制小的环形线圈）、电流传感器、微电流传感器、导线、计算机、带尺度的实验座架、学生
2、电源等。【实验操作】分2步完成。 1描绘螺线管轴线上的磁感应强度分布图具体操作如下：（1）利用专用座架，确保磁传感器探管与螺线管轴心重合。（2）将磁传感器接入数据采集器，预热4分钟左右，打开教材通用软件。（3）点击“传感器调零”，将传感器探管前沿置于螺线管端口处。（4）接通低压稳压直流电源，调节正负极，使磁传感器的读数为正值。（5）点击“数据记录”，记录当前的磁感应强度值（见表1），软件默认此刻的距离d为“0” 表1 次数磁感应强度/B距离/d12.56023.040534.37145.231.555.64265.942.575.98385.813.594.784104.114.5113.42
3、5122.515.5（6）将磁传感器探管推入螺线管，每次移动0.5cm，记录对应的磁感应强度值，得到多组数据，如表1，并可绘出磁感应强度与到螺线管端口距离变化的规律，如图1。从表1或图1记录的“磁感应强度距离”数据，可以看出螺线管中心处的磁感应强度最强，关于中心对称处的磁感应强度相等。2探究感应电动势大小与磁通量变化的关系（1）磁场变化快慢一定，在螺线管内部某一确定位置改变线圈平面与磁场的夹角。探究感应电流（或感应电动势）大小与线圈平面和磁场夹角的关系（例如：线圈平面与磁场平行、线圈平面与磁场垂直或线圈平面与磁场呈任意角）。具体操作和结果略。（2）在螺线管内部某一确定位置让线圈平面与磁场垂直，
4、探究感应电流与磁感应强度的关系。具体操作如下： 将电流传感器接入数据采集器，并与实验线圈相连，将线圈放入螺线管中某一位置，要求靠近螺线管中心附近（但不在螺线管中心），轴线与螺线管轴线重合，将磁传感器接入数据采集器的另一通道，磁传感器预热4分钟左右，置于环形线圈关于螺线管中心对称的位置（注意：磁传感器探管前沿未置于环形线圈处是为了减少感应电流磁场的影响，而由实验的第1步可以知道在螺线管内部关于螺线管中心对称处的磁场是相等的），点击教材通用软件，准备记录数据，接通低压正弦交流电源，点击“传感器调零”，再点击“开始记录”，并得到Bt图线和it图线（如图2和图3）。在本实验中感应电流的测量先用“电流传
5、感器”，如果读数比较小再换用“微电流传感器”， 对Bt图线选定区域求导，之后再与it图线比较，应得出iB/t，又i/R，则EB/t。即感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比。 本实 本实验值得探究的问题 （1）实验的误差主要有感应电流产生磁场的影响（实验中已考虑到减少该误差的影响），还有螺线管存在漏磁现象等。（2）实验系统软硬件的设计存在缺陷。当用学生电源输入正弦低压交流电时（注意：只允许输入低压），用电压传感器显示的是三角形波形。用磁传感器显示的也是三角形波形（如图4），如果确实是三角形波形，根据法拉第电磁感应定律，感应电流it图线应是方波形（如图5）。但实际上用DISLab作出的组合图线如图6，说明输入的其实是正弦式交流电，只不过软件的设计上还存在缺陷，不能很好地显示正弦式交流电。 利用DISLab探究感应电动势大小与磁通量变化的关系，让学生亲自动手实验探究，经历科学发现，重建科学规律的过程，不仅能使学生加深对法拉第电磁感应定律的理解，更重要的是让学生体会科学探究的思想和方法。利用DISLab和计算机相结合锻炼了学生利用现代技术和现代设备科学处理和分析数据的能力。
