探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件的實(shí)驗(yàn)研究

白衛(wèi)東

摘要：中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值有時(shí)可能有很大差距甚至出現(xiàn)矛盾，這時(shí)我們就要找原因，更好的避免得出和理論不附的結(jié)論。有些時(shí)候?qū)嶒?yàn)結(jié)果沒(méi)想象的明顯，我們就得想辦法把它放大。本文利用DIS實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)人教版高中物理課本選修3-2第二節(jié)《探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件》中實(shí)驗(yàn)的實(shí)際情況進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞：電磁感應(yīng)；實(shí)驗(yàn)；電源選擇

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2014）4（S）-0054-2

人教版高中物理課本選修3-2第二節(jié)《探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件》中有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)1，模仿法拉第的實(shí)驗(yàn)：線(xiàn)圈A通過(guò)變阻器和開(kāi)關(guān)連接到電源上，線(xiàn)圈B的兩端連到電流表上，把線(xiàn)圈A裝到線(xiàn)圈B的里面。下面幾中情況下線(xiàn)圈B中是否有感應(yīng)電流（圖1）。

該實(shí)驗(yàn)所需的電源課本上為學(xué)生電源（圖2），實(shí)驗(yàn)過(guò)程中第三步：“開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，滑動(dòng)變阻器不移動(dòng)時(shí)”。線(xiàn)圈B中到低有沒(méi)有電流，理論情況是沒(méi)有電流的。但實(shí)際情況真是這樣嗎？

筆者用到的學(xué)生電源上有0-3A直流輸出，還有6V穩(wěn)壓0.3A電流輸出，所以就選擇不同的電流分別測(cè)試：

實(shí)驗(yàn)方案一：電源選擇直流3A接線(xiàn)柱，電壓選擇6V檔，如上圖連接電路。

實(shí)驗(yàn)：如閉合開(kāi)關(guān)后，移動(dòng)變阻器滑片，電流表指針有偏轉(zhuǎn)，但停止移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片時(shí)，電流表指針并不能回到0位置，并且停止移動(dòng)滑片后。線(xiàn)圈A中的電流越大，電流表指針的示數(shù)越大。當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值很小時(shí)。電流表甚至滿(mǎn)偏（理論上滑片不動(dòng)，磁通理不變化，不會(huì)有感應(yīng)電流），這一結(jié)論與理論相差甚遠(yuǎn)。

實(shí)驗(yàn)方案二：電源選擇6 V穩(wěn)壓電源的0.3 A，重復(fù)上面實(shí)驗(yàn)步，當(dāng)停止移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片后。電流表指針雖不能完全回到“0”，但比上面一次的情況好多了。

筆者借助于DIS實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)此進(jìn)行了探究，情況如下：

分析原因：直流3A輸出端可能不是穩(wěn)恒電流。為了測(cè)試這兩個(gè)輸出端的波形情況。筆者分別把兩路電流通過(guò)滑動(dòng)變阻器限流后接到DIS電流傳感器上，觀(guān)察兩個(gè)電流的波形。在兩個(gè)電流大小差不多的情況下，得到的波形如圖3：

由圖4可知，學(xué)生電源的0-3A輸出端電流波動(dòng)明顯，在電流值平均在0.948A時(shí)。波動(dòng)的最大值為0.956A，最小值為0.942A，上下波動(dòng)最大差值達(dá)到0.014A，這樣的波動(dòng)對(duì)一般的學(xué)生實(shí)驗(yàn)影響不大，但對(duì)電磁感應(yīng)這樣的實(shí)驗(yàn)。影響就非常大了。相反，6V穩(wěn)壓電源的0.3A電流雖然也有一些波動(dòng)（在放大同等倍數(shù)的情況下），但相對(duì)0-3A輸出端的電流波動(dòng)要小的多。

實(shí)驗(yàn)方案三：用干電池做此實(shí)驗(yàn)，當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片不移動(dòng)時(shí)，電流卻有變化。不是我們想象中的穩(wěn)恒電流，所以實(shí)驗(yàn)效果不如學(xué)生電源好，因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)需要長(zhǎng)時(shí)間保持電路接通，而且需要比較大的電流，使用電池的電流會(huì)明顯下降。所以干電池不適合做此實(shí)驗(yàn)，只適合做短時(shí)間大電流的實(shí)驗(yàn)，如“探究磁場(chǎng)對(duì)電流的作用”“自感現(xiàn)象”等實(shí)驗(yàn)。（圖5）

由此我們得出，做該實(shí)驗(yàn)我們要注意以下幾點(diǎn)：1.學(xué)生電源上的直流電流不是穩(wěn)恒電流；電源要選6V穩(wěn)壓電源0.3A輸出端：即使選直流0-3A輸出端時(shí)，滑動(dòng)變阻器阻值不能太小。2.直流電也有可能通過(guò)變壓器，只是直流電中的穩(wěn)恒電流不能通過(guò)變壓器。

實(shí)驗(yàn)2：用導(dǎo)體棒切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生感應(yīng)電流實(shí)驗(yàn)：（圖6）

發(fā)現(xiàn)用一根導(dǎo)體棒切割磁感線(xiàn)感應(yīng)電流非常小，電流表幾乎不動(dòng)。因?yàn)镈IS電流傳感器可以把微小電流的波形放大，所以把電流表?yè)Q成傳感器，效果非常好。

實(shí)驗(yàn)步驟：

1.把電流傳感器連到電腦上：

2.電流調(diào)零：

3.用一節(jié)干電池試觸電流傳感器的正負(fù)極，測(cè)出電流流向與圖像的正負(fù)的關(guān)系：電流從紅線(xiàn)流入傳感器從黑線(xiàn)流出傳感覺(jué)器時(shí)，電流圖像為正，反之為負(fù)；

4.把電流的Y軸縮放放大。直到能明顯的看到導(dǎo)體棒切割磁感線(xiàn)時(shí)有正負(fù)方向的電流。

我們按課本上的實(shí)驗(yàn)方案做實(shí)驗(yàn)，得到的結(jié)果不一定完全吻合。這也是實(shí)驗(yàn)中常遇到的情況。結(jié)合我們實(shí)際情況，查找原因，改變實(shí)驗(yàn)方案。也能達(dá)到預(yù)期的效果。不能一句“在誤差允許范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)成功”了事。

本文的分析研究還表明，過(guò)去認(rèn)為可以用干電池為電路提供穩(wěn)定電壓從而形成穩(wěn)恒電流的直流電路，僅僅是一種理想的情況。實(shí)際還必須用DIS技術(shù)進(jìn)行精確的研究，在科學(xué)問(wèn)題上不可粗心大意。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾國(guó)平.用DIS實(shí)驗(yàn)考查能電線(xiàn)管中的磁場(chǎng)[J].物理教學(xué)探討，2012，（8）：54.

[2]王柏廬.走進(jìn)中學(xué)IT教學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2003.

（欄目編輯 王柏廬）