電磁感應(yīng)實驗幻燈

用TeKtronix示波器

量化研究

法拉第電磁感應(yīng)定律12/6/20221一、實驗?zāi)康膶Ψɡ陔姶鸥袘?yīng)定律進(jìn)行研究學(xué)習(xí)TeKtronix示波器應(yīng)用探討一種新的重力加速度測量方法12/6/20222 二、實驗原理

將一根磁棒自由下落穿過線圈的中心，則線圈中產(chǎn)生感生電動勢。由法拉第電磁感應(yīng)定律可知感生電動勢其中負(fù)號代表E的方向，其中N1－線圈匝數(shù)，R

－半徑，v－磁棒切割線圈的運動速度，B－磁棒的磁感應(yīng)強(qiáng)度，它的典型E（t）曲線如右圖12/6/202231.關(guān)于法拉第電磁感應(yīng)定律的量化研究：對（1）（2）式進(jìn)行一個簡單的推導(dǎo)此時法拉第電磁感應(yīng)定律可表示為

（3）其中

I是一個與磁棒磁場分布以及線圈尺寸有關(guān)的積分。當(dāng)磁棒和線圈大小選定后，感生電動勢與N1和v成正比。

12/6/20224同一磁棒以相同的高度自由落體穿過不同匝數(shù)線圈的感生電動勢隨時間變化的動態(tài)過程

分析感生電動勢的幅度特性感生電動勢與線圈匝數(shù)N成正比12/6/20225相同的磁棒以不同高度自由落體穿過同一線圈的感生電動勢隨時間變化的動態(tài)過程

分析感生電動勢的幅度特性感生電動勢與速度V成正比，也就是與磁通量的變化率dФ/dt成正比。12/6/202262.關(guān)于重力加速度測定的研究：讓磁棒從一定高度自由落體穿過線圈，當(dāng)磁棒切割線圈時，則磁極穿過線圈的時間為上式中，h為線圈中心距玻璃管口的高度，L為磁棒長度，d和為E最強(qiáng)時N極和S極離線圈中心的距離。在磁棒較長時，d和可忽略不計。

12/6/20227磁棒以一定的高度自由落體穿過線圈的感生電動勢隨時間變化過程的典型曲線分析感生電動勢的時間特性很容易計算出重力加速度。當(dāng)磁棒接近線圈時，線圈內(nèi)開始有磁通量的變化，在圖中感生電動勢開始上升，當(dāng)磁極接近線圈中心時達(dá)到最大值，當(dāng)磁棒的另一極離開線圈中心時，感生電動勢達(dá)到負(fù)的最大值，

BD12/6/20228磁鐵經(jīng)過線圈示意圖12/6/20229三、實驗儀器1、TeKtronix示波器

詳細(xì)資料請觀看TeKtronix示波器視頻講解，與此文件在同一個文件夾。請參閱《綜合與近代物理實驗》P37—P56；

菜單選擇按鈕觸發(fā)控制區(qū)水平控制區(qū)垂直控制區(qū)菜單控制按鈕電源按鈕12/6/2022102電磁感應(yīng)實驗儀三、實驗儀器浮置磁棒線圈控制器電磁感應(yīng)裝置調(diào)垂螺絲調(diào)垂線磁棒12/6/202211電磁感應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)在一個線圈骨架上用AWG#35漆包線密繞80匝，并在20、30、40、50、60、70、80匝處抽頭，制成一個多抽頭的線圈。線圈骨架套在一個玻璃管上，可沿玻璃管自由滑動，并可固定在任何位置。用一磁棒從玻璃管口開始做自由落體運動。當(dāng)它經(jīng)過線圈時，在線圈中產(chǎn)生感生電動勢。將待測線圈產(chǎn)生的信號接到數(shù)字示波器的信號端，利用數(shù)字存儲示波器的單觸發(fā)功能就可以觀察并記錄下感生電動勢隨時間變化的動態(tài)過程。松緊上下移動在作實驗及移動線圈時，請小心用力，弄破玻璃管有人身傷害的可能性。12/6/202212感應(yīng)線圈詳解公共端匝數(shù)選擇端23mm23mm12/6/202213控制器詳解浮磁線圈電流換向浮置磁棒與下落控制浮磁線圈電流調(diào)節(jié)，控制磁棒初始位置電源開關(guān)后面板前面板12/6/202214四、實驗內(nèi)容及步驟1、請參閱《綜合與近代物理實驗》P37—P56，熟悉TeKtronix示波器。2、觀看TeKtronix示波器視頻講解，與此文件在同一個文件夾。3、將磁棒吸在調(diào)垂線的下端，放入玻璃管，調(diào)節(jié)調(diào)平螺絲使玻璃管垂直。調(diào)垂螺絲12/6/2022154、聯(lián)線12/6/2022165、示波器設(shè)置開電源1、按此鈕2、按此鈕3、按此鈕3顯示4、旋此鈕4顯示5顯示5、旋此鈕12/6/2022175、示波器設(shè)置6、按此鈕7、按這些鈕選擇8、旋此鈕改變脈沖寬度6、7、8、顯示9旋此鈕9顯示12/6/202218

6、將磁鐵從玻璃管口自由落體，顯示應(yīng)如下如顯示不是如此，請再按一次SINGLESEQ鍵，將磁鐵反方向落下按此鍵進(jìn)入單觸發(fā)12/6/2022197、幅度數(shù)據(jù)測量1、按此鍵2、按這些鍵使顯示如此將顯示數(shù)據(jù)記入實驗記錄表12/6/2022208、時間數(shù)據(jù)測量1、按此鍵3、移動光標(biāo)2、按這些鍵選擇時間及光標(biāo)光標(biāo)1兩光標(biāo)增量光標(biāo)2將顯示數(shù)據(jù)記入實驗記錄表12/6/2022219、將線圈固定在某一高度，改變線圈匝數(shù)，重復(fù)測量。

10、將線圈固定在某一匝數(shù)，改變線圈高度，重復(fù)測量。在重復(fù)測量過程中，只需以下操作即可。3、測量幅度1、按此鍵，進(jìn)入單觸發(fā)2、將磁鐵自由落體4、測量時間移動光標(biāo)12/6/202222五、實驗內(nèi)容一、必作1驗證法拉第電磁感應(yīng)定律。2測量重力加速度。3將磁棒分為兩段，從玻璃管和銅管頂端同時放下，觀察下落速度的不同并解釋產(chǎn)生的原因。二、選作1將磁棒正、反向落下，觀察感生電動勢曲線的不同并解釋產(chǎn)生的原因。2將磁棒長度減半，觀察感生電動勢曲線的不同并解釋產(chǎn)生的原因。12/6/202223六、實驗記錄表（1）線圈匝數(shù)固定，改變高度數(shù)據(jù)記錄N=12/6/202224六、實驗記錄表（2）線圈高度固定，改變匝數(shù)數(shù)據(jù)記錄H=12/6/202225六、實驗記錄表（3）H=N=線圈匝數(shù)固定，線圈高度固定12/6/202226七、數(shù)據(jù)處理用表（1）（2）數(shù)據(jù)作圖驗證法拉第電磁感應(yīng)定律。對上表數(shù)據(jù)作線性回歸分析，說出a、b、r 的物理意義并計算I的值。用表（3）數(shù)據(jù)計算重力加速度，并作不確定度分析。線性回歸分析請參閱《大學(xué)物理實驗》P19—P20和《綜合