大学物理实验设计

大学物理实验设计

验证动生电动势大小的计算公式v BL E =

电动势是物理学中的一个重要的物理量，再有关于电磁学的科学研究和实验中有着重要的作用。组成回路的导体（整体或局部）在恒定磁场中运动，使回路中磁通量发生变化而产生的感应电动势。动生电动势来源于磁场对运动导体中带电粒子的洛伦兹力。由洛伦兹力公式 F=qv×B ，当导体中的带电粒子在恒定磁场B 中以速度v 运动时，F'=ev×B/e,单位正电荷所受洛伦兹力为v×B ，此即引起动生电动势的非静电力。根据电动势的定义，非静电力将电子从负极搬到正极做功为E=BvL,在运动的导体回路中的动生电动势为BvL 。本实验将验证其是否成立。 一、实验目的

1、测量物体加速度的原理，从而计算其速度。

2、学习计算长螺线管中的磁场大小。

3、学会用控制变量法来分析各个物理量之间的关系。

二、实验原理

由我们已学过的知识可知，动生电动势和3个物理量有关，即磁场B ，导体杆长度L 和导体杆速度v 。实验用图如下所示，围绕螺线管的导线通均匀稳定的电流I （图中未画出电源）。螺线管单位长度上的匝数为n ，本实验将螺线管看成是无限长螺线管，则磁场的大小可以用公式I B n 0μ=计算，改变电流的大小即可以求得磁场的大小。保持导体杆的速度大小和长度不变就可以

知道电动势和磁场的关系。同理，保持磁场的大小和导体杆的速

度不变，就可以知道电动势和导体杆长度的关系。

对于导体杆速度大小的测量，本实验先计算出导体杆的加速度，再求出导体杆的速度。将物体和导体杆看成整体，由于电压表的电阻很大，电压表示数即为电动势，故电路可看成断路，即可以忽略导体杆所受的安培力，因此可求出共同加速度为

m

M mg

，（其中M 为导体杆质量，m 为重物质量）然后测出导体运动时间t ，就可以知道导体杆的瞬时速度 v ，从而可以分析导体杆动生电动势和导体杆速度的关系。

三、实验仪器

长螺线管，导线，开关，可变直流电源，导体杆（刻有长度标记），直流电压表，导轨（带有光滑定滑轮），重物，细绳。 四、实验内容

首先将各装置按上图装好，接通螺线管的电源，保持导体杆的有效长度和下落时间不变，改变电流三次，分别记录三次电压表的示数，用上述原理的公式计算出三次的磁场，并列于表格中。

保持电流大小和导体杆的长度不变，三次改变物体的运动时间，并计算出导体杆的瞬时末速度，同时记录电压表的示数，列于表格中。

保持电流和导体杆的末速度不变，改变导体杆的长度三次，同时记录电压表的示数，列于表格中。

五、数据处理

从上述实验数据讨论电动势E和B、L及v的关系，看是否能得出B

E∝、v

E∝、L

E∝，即

BL

E。从而根据关系看是否得到v

∝

E=，并求出其比例系数，看结果是否为1，从而可验证公式k BL

v

E=的成立与否。

BL

v

六、实验结论

七、实验讨论