法拉第电磁感应实验
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4、测量时间 3、测量幅度 1、 按 此 键 ， 进 入 单 触 发
移动光标
2010-12-22
2、将磁铁自由落体
19
五、实验记录表（1）
H=
N(匝)
线圈高度固定，改变匝数数据记录
Emax(mv) ΔE(mv)
Emin(mv) Δt(ms)
ΔE/Δt
Emax/N
30 40 50 60 70
80
2010-12-22
t DB = t D − t B = 2( h + L + d ') − g 2( h − d ) g
g =(
2( h + L + d ′) − 2 ( h − d ) t DB
)2
上式中， 为线圈中心距玻璃管口的高度， 上式中，h为线圈中心距玻璃管口的高度，L为磁棒长 最强时N极和S极离线圈中心的距离。 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， 可忽略不计。 在磁棒较长时，d和 可忽略不计。
2010-12-22 7
磁铁经过线圈示意图
2010-12-22
8
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
B
分析感生电动势 的时间特性
测量两峰值间的 时差很容易计算 出重力加速度 ，
D
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，测量两峰值间的时差可近似为磁棒通过线圈中 心的时间。
法拉第电磁感应定律 量化研究及应用
杨国仁
中国海洋大学物理实验教学中心
2010-12-22
1
一、实验目的
1. 2. 3.
对法拉第电磁感应定律进行量化研究 学习TeKtronix示波器应用 探讨一种新的重力加速度测量方法
2010-12-22
2
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。
2010-12-22
5
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。
2010-12-22
6
2.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， 让磁棒从一定高度自由落体穿过线圈，当磁棒切割线 圈时， 圈时，则磁极穿过线圈的时间为
松
上 下 移 动
紧
2010-12-22
11
感应线圈详解
23mm
23mm
公共端
2010-12-22
匝数选择端
12
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、调节电磁感装置底脚螺丝使玻璃管垂直。
调节器
2010-12-22
13
3、联线
2010-12-22
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。
2010-12-22 4
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
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 其中负号代表E的方向，
N1 －线圈匝数， R －线圈半径， 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
2010-12-22 3
1.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
2010-12-22 9
三、实验仪器
1、TeKtronix示波器
详细资料请参阅《综合与近代物理实验》P37—P56
电源按钮 控制按钮
触 发 控 制 区
菜单按钮
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垂直控制区
水平控制区
10
2、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。 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。
验》P2-P4、P14-P16
依格线性回归Ver2.50计算器
线性回归分析请参阅《大学物理实验》P19—P20和《综合与近代物理实
y=bx+a
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22
七、思考题
1.
2.
3.
如果将玻璃管换成紫铜管，会发生什么 现象？试解释之。 磁棒磁极不对称对实验结果有影响吗？ 你能否判断磁极是否对称？ 总结您进行的工作
20
五、实验记录表（2）
N=
H(cm)
线圈匝数固定，改变高度数据记录
Emax(mv) ΔE(mv)
Emin(mv) Δt(ms)
ΔE/Δt
Emax/V
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六、数据处理
1. 2.
3.
用上表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 的物理意义并计算磁棒两极的Imax值。 计算重力加速度，你认为这种方法测重力加 速度可行吗？
14
4、示波器设置、请不要过份教条，如显示为如下画面则不需设置。
开电源 5显示 1显示 1、按此键 5、按此钮 6、 旋 此 钮
2、显示
3显示
4显示
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6显示
2、按此键
3、旋此钮
4、旋此钮
15
5、将磁铁从玻璃管口自由落体，显示应如下
按此键进入单触发
如显示不是如此，请再按一次SБайду номын сангаасNGLE SEQ键，将磁铁反方向落下
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6、幅度数据测量
2、按这些键 1、按此键
使显示如此
将显示数据记入实验记录表
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7、时间数据测量
光标1 2、按此键 选择时间 1、按此键
光标2
两光标增量
移动光标1
移动光标2
将显示数据记入实验记录表
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8、将线圈固定在某一高度，改变线圈匝数，重复测量。 9、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。
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23
楞次定律三种表述方式：
表述一：感应电流的磁场总是阻碍 引起感应电流的磁通量的变化； 表述二：导体和磁体发生相对运动 时，感应电流的磁场总是阻碍相对运动； 表述三：感应电流的方向，总是阻 碍引起它的原电流的变化；
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移动光标
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2、将磁铁自由落体
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五、实验记录表（1）
H=
N(匝)
线圈高度固定，改变匝数数据记录
Emax(mv) ΔE(mv)
Emin(mv) Δt(ms)
ΔE/Δt
Emax/N
30 40 50 60 70
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t DB = t D − t B = 2( h + L + d ') − g 2( h − d ) g
g =(
2( h + L + d ′) − 2 ( h − d ) t DB
)2
上式中， 为线圈中心距玻璃管口的高度， 上式中，h为线圈中心距玻璃管口的高度，L为磁棒长 最强时N极和S极离线圈中心的距离。 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， 可忽略不计。 在磁棒较长时，d和 可忽略不计。
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磁铁经过线圈示意图
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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
B
分析感生电动势 的时间特性
测量两峰值间的 时差很容易计算 出重力加速度 ，
D
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，测量两峰值间的时差可近似为磁棒通过线圈中 心的时间。
法拉第电磁感应定律 量化研究及应用
杨国仁
中国海洋大学物理实验教学中心
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1
一、实验目的
1. 2. 3.
对法拉第电磁感应定律进行量化研究 学习TeKtronix示波器应用 探讨一种新的重力加速度测量方法
2010-12-22
2
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。
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5
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。
2010-12-22
6
2.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， 让磁棒从一定高度自由落体穿过线圈，当磁棒切割线 圈时， 圈时，则磁极穿过线圈的时间为
松
上 下 移 动
紧
2010-12-22
11
感应线圈详解
23mm
23mm
公共端
2010-12-22
匝数选择端
12
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、调节电磁感装置底脚螺丝使玻璃管垂直。
调节器
2010-12-22
13
3、联线
2010-12-22
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。
2010-12-22 4
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
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 其中负号代表E的方向，
N1 －线圈匝数， R －线圈半径， 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
2010-12-22 3
1.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
2010-12-22 9
三、实验仪器
1、TeKtronix示波器
详细资料请参阅《综合与近代物理实验》P37—P56
电源按钮 控制按钮
触 发 控 制 区
菜单按钮
2010-12-22
垂直控制区
水平控制区
10
2、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。 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。
验》P2-P4、P14-P16
依格线性回归Ver2.50计算器
线性回归分析请参阅《大学物理实验》P19—P20和《综合与近代物理实
y=bx+a
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七、思考题
1.
2.
3.
如果将玻璃管换成紫铜管，会发生什么 现象？试解释之。 磁棒磁极不对称对实验结果有影响吗？ 你能否判断磁极是否对称？ 总结您进行的工作
20
五、实验记录表（2）
N=
H(cm)
线圈匝数固定，改变高度数据记录
Emax(mv) ΔE(mv)
Emin(mv) Δt(ms)
ΔE/Δt
Emax/V
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六、数据处理
1. 2.
3.
用上表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 的物理意义并计算磁棒两极的Imax值。 计算重力加速度，你认为这种方法测重力加 速度可行吗？
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4、示波器设置、请不要过份教条，如显示为如下画面则不需设置。
开电源 5显示 1显示 1、按此键 5、按此钮 6、 旋 此 钮
2、显示
3显示
4显示
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6显示
2、按此键
3、旋此钮
4、旋此钮
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5、将磁铁从玻璃管口自由落体，显示应如下
按此键进入单触发
如显示不是如此，请再按一次SБайду номын сангаасNGLE SEQ键，将磁铁反方向落下
2010-12-22
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6、幅度数据测量
2、按这些键 1、按此键
使显示如此
将显示数据记入实验记录表
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7、时间数据测量
光标1 2、按此键 选择时间 1、按此键
光标2
两光标增量
移动光标1
移动光标2
将显示数据记入实验记录表
2010-12-22 18
8、将线圈固定在某一高度，改变线圈匝数，重复测量。 9、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。
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楞次定律三种表述方式：
表述一：感应电流的磁场总是阻碍 引起感应电流的磁通量的变化； 表述二：导体和磁体发生相对运动 时，感应电流的磁场总是阻碍相对运动； 表述三：感应电流的方向，总是阻 碍引起它的原电流的变化；
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