电磁感应实验幻灯

用TeKtronix示波器

量化研究

法拉第电磁感应定律12/6/20221一、实验目的对法拉第电磁感应定律进行研究学习TeKtronix示波器应用探讨一种新的重力加速度测量方法12/6/20222 二、实验原理

将一根磁棒自由下落穿过线圈的中心，则线圈中产生感生电动势。由法拉第电磁感应定律可知感生电动势其中负号代表E的方向，其中N1－线圈匝数，R

－半径，v－磁棒切割线圈的运动速度，B－磁棒的磁感应强度，它的典型E（t）曲线如右图12/6/202231.关于法拉第电磁感应定律的量化研究：对（1）（2）式进行一个简单的推导此时法拉第电磁感应定律可表示为

（3）其中

I是一个与磁棒磁场分布以及线圈尺寸有关的积分。当磁棒和线圈大小选定后，感生电动势与N1和v成正比。

12/6/20224同一磁棒以相同的高度自由落体穿过不同匝数线圈的感生电动势随时间变化的动态过程

分析感生电动势的幅度特性感生电动势与线圈匝数N成正比12/6/20225相同的磁棒以不同高度自由落体穿过同一线圈的感生电动势随时间变化的动态过程

分析感生电动势的幅度特性感生电动势与速度V成正比，也就是与磁通量的变化率dФ/dt成正比。12/6/202262.关于重力加速度测定的研究：让磁棒从一定高度自由落体穿过线圈，当磁棒切割线圈时，则磁极穿过线圈的时间为上式中，h为线圈中心距玻璃管口的高度，L为磁棒长度，d和为E最强时N极和S极离线圈中心的距离。在磁棒较长时，d和可忽略不计。

12/6/20227磁棒以一定的高度自由落体穿过线圈的感生电动势随时间变化过程的典型曲线分析感生电动势的时间特性很容易计算出重力加速度。当磁棒接近线圈时，线圈内开始有磁通量的变化，在图中感生电动势开始上升，当磁极接近线圈中心时达到最大值，当磁棒的另一极离开线圈中心时，感生电动势达到负的最大值，

BD12/6/20228磁铁经过线圈示意图12/6/20229三、实验仪器1、TeKtronix示波器

详细资料请观看TeKtronix示波器视频讲解，与此文件在同一个文件夹。请参阅《综合与近代物理实验》P37—P56；

菜单选择按钮触发控制区水平控制区垂直控制区菜单控制按钮电源按钮12/6/2022102电磁感应实验仪三、实验仪器浮置磁棒线圈控制器电磁感应装置调垂螺丝调垂线磁棒12/6/202211电磁感应装置结构在一个线圈骨架上用AWG#35漆包线密绕80匝，并在20、30、40、50、60、70、80匝处抽头，制成一个多抽头的线圈。线圈骨架套在一个玻璃管上，可沿玻璃管自由滑动，并可固定在任何位置。用一磁棒从玻璃管口开始做自由落体运动。当它经过线圈时，在线圈中产生感生电动势。将待测线圈产生的信号接到数字示波器的信号端，利用数字存储示波器的单触发功能就可以观察并记录下感生电动势随时间变化的动态过程。松紧上下移动在作实验及移动线圈时，请小心用力，弄破玻璃管有人身伤害的可能性。12/6/202212感应线圈详解公共端匝数选择端23mm23mm12/6/202213控制器详解浮磁线圈电流换向浮置磁棒与下落控制浮磁线圈电流调节，控制磁棒初始位置电源开关后面板前面板12/6/202214四、实验内容及步骤1、请参阅《综合与近代物理实验》P37—P56，熟悉TeKtronix示波器。2、观看TeKtronix示波器视频讲解，与此文件在同一个文件夹。3、将磁棒吸在调垂线的下端，放入玻璃管，调节调平螺丝使玻璃管垂直。调垂螺丝12/6/2022154、联线12/6/2022165、示波器设置开电源1、按此钮2、按此钮3、按此钮3显示4、旋此钮4显示5显示5、旋此钮12/6/2022175、示波器设置6、按此钮7、按这些钮选择8、旋此钮改变脉冲宽度6、7、8、显示9旋此钮9显示12/6/202218

6、将磁铁从玻璃管口自由落体，显示应如下如显示不是如此，请再按一次SINGLESEQ键，将磁铁反方向落下按此键进入单触发12/6/2022197、幅度数据测量1、按此键2、按这些键使显示如此将显示数据记入实验记录表12/6/2022208、时间数据测量1、按此键3、移动光标2、按这些键选择时间及光标光标1两光标增量光标2将显示数据记入实验记录表12/6/2022219、将线圈固定在某一高度，改变线圈匝数，重复测量。

10、将线圈固定在某一匝数，改变线圈高度，重复测量。在重复测量过程中，只需以下操作即可。3、测量幅度1、按此键，进入单触发2、将磁铁自由落体4、测量时间移动光标12/6/202222五、实验内容一、必作1验证法拉第电磁感应定律。2测量重力加速度。3将磁棒分为两段，从玻璃管和铜管顶端同时放下，观察下落速度的不同并解释产生的原因。二、选作1将磁棒正、反向落下，观察感生电动势曲线的不同并解释产生的原因。2将磁棒长度减半，观察感生电动势曲线的不同并解释产生的原因。12/6/202223六、实验记录表（1）线圈匝数固定，改变高度数据记录N=12/6/202224六、实验记录表（2）线圈高度固定，改变匝数数据记录H=12/6/202225六、实验记录表（3）H=N=线圈匝数固定，线圈高度固定12/6/202226七、数据处理用表（1）（2）数据作图验证法拉第电磁感应定律。对上表数据作线性回归分析，说出a、b、r 的物理意义并计算I的值。用表（3）数据计算重力加速度，并作不确定度分析。线性回归分析请参阅《大学物理实验》P19—P20和《综合