法拉第電磁感應定律的內容是:電路中感應電動勢的大小跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。即所以d①

dtd法拉第電磁感應定律的內容是:電路中感應電動勢的大小跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。即所以d①

dtd①dr

drdtd①d①L v- dr drAT法拉第電磁感應定律的定量實驗驗證法拉第電磁感應定律在一般教材上的處理方式是通過定性分析電磁感應的相關實驗，得出影響感應電動勢大小的相關因素。然后用“精確的實驗表明”，直接定量的給出了法拉第電磁感應定律。但“精確的實驗”是什么？書上一般都沒有具體說明。物理通報1994年第一期《“試驗表明"辯》（陳秉乾、胡望雨）中有這樣的表述：至于法拉第定律，不少教材認為，“大量的實驗事實表明”感應電動勢的大小E與通過回路的磁通量的變化d①/dt成正比，并歸功于法拉第。的確，法拉第發現了電磁感應現象，作了大量的有關試驗，進行了深入地研究。但是他從未得出E8d①/dt。而且迄今也未見任何此類試驗，原因和簡單，d①/dt難以直接測量。實際上電磁感應定律的定量表達式是1845年和1846年先后有諾埃曼和韋伯經理論分析后得出的。但隨著時間的推移隨著，隨著實驗儀器的更新換代，使我們完成這個實驗已經成為可能。、 實驗原理d①

dt如圖大小線圈同軸，固定下面的勵磁線圈（小線圈），上面的感應線圈（大線圈）可沿其共同的軸線上下運動。給下面的勵磁線圈通一定的電流，勵磁線圈就會在它周圍的空間里產生一定的磁場。上面的感應線圈上下運動時，穿過大線圈的磁通量就會不斷發生變化。_d①d①將Ex 中的 變形，可得dtdtd①d①drd① 二 = vdtdrdtdr如果感應線圈勻速運動，感應線圈上固定的擋光片的寬度為L,測得擋光片通過計時器L上某點的時間為^T。應有線圈運行的速度為V=而一一，，—，，“，，--、…一，廠 d①L所以在上述情境中法拉第電磁感應定律可變形為Exdat磁通量問題感應線圈每次經過空間同一點前后通過感應線圈磁通量的變化相同如果保持通過勵磁線圈的勵磁電流不變，勵磁線圈在其周圍空間所產生的的磁場也不會發生變化。其周圍的磁感線也應該不會發生變化。所以只要感應線圈與磁鐵的相對位置相同，就能保證穿過感應線圈的磁感線的根數相同，即保證感應線圈的磁通量相同。如圖1,感應線圈沿圖中豎直線運動，每次到達線圈運動路線上任意定,點、時，穿過感應線圈的磁通量都應該是相同的。同樣的道理，在A的附近取點B,感應線圈每次經過B點時，穿過感應線圈磁通量也應該是一個定值。感應線圈每次經過AB點，

磁通量變化相同。所以只要磁場的空間分布不隨時間變化，我們就可以認為通過感應線圈的磁通量是一個隨感應線圈位置變化而變化的函數。就可以認為是感應線圈每次過A點的磁通d①量不變；感應線圈每次過定點A前后，通過感應線圈的磁通量的變化不變即丁不變。dr通過感應線圈的磁通量的變化量與勵磁電流成正比勵磁線圈是固定的，勵磁線圈各部分到A點距離不變，根據比奧薩法爾定律，若勵磁電流加倍，則勵磁線圈各部分在A點產生的磁感應強度也該加倍。則A點的實際磁感應強度(矢量合成后的)也該加倍。因此勵磁線圈周圍空間各點的磁感應強度都將加倍。同一感應線圈再次經過A點時，磁通量應加倍，磁通量的變化量也應該加倍。所以感應線圈每次經過A點時通過感應線圈的磁通量變化量應與通過勵磁線圈的電流強度大小成正比。所以控制勵磁電流就可以控制磁通量的變化量了。對磁通量的變化量，我們不用去測它的具體數值。可以通過控制勵磁電流來控制穿過感應線圈的磁通量的變化量。穿過感應線圈的磁通量的變化量與勵磁電流的大小成正d① . -比即xd① . -比即xI所以Exdr勵磁drAT，可變形為ExI勵磁AT2? 感應電動勢大小的測量問題在感應線圈每次經過同一位置時測量感應電動勢的大小只有在感應線圈每次經過同一位置時，測量感應電動勢的大小，才能保證：在勵d①磁電流不變時，每次測量通過感應線圈的磁通量的變化相同即，相同；在勵磁電流發drd① _生變化時，通過感應線圈的磁通量的變化與勵磁電流成正比即 xI，實驗中當dr勵磁擋光片的下端到達光電門計時器時，光電門計時器會觸發數據采集器記錄此時感應線圈所產生的感應電動勢或感應電流的數值。因為光電門的位置是固定的，所以每次測量感應電動勢或感應電流時，感應線圈都在同一位置。只研究比例關系時，可用感應電流的大小代替感應電動勢的大小由于實驗設施的限制，我們使用的勵磁電流的電流強度較小，得到的磁場較弱，感應線圈產生的感應電動勢較小，用量程為1V的電壓傳感器無法測量，我們只好用微電流傳感器測勵磁線圈產生的感應電流。微電流傳感器的內阻約為1000。，且不隨通過自身電流的變化而變化(朗威公司提供的資料)。因感應線圈的電阻和微電流傳感器的電阻都是不變的，由閉合電路歐姆定律E=I咸(R+r)可知，感應電動勢的大小應與TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"d① 一d①感應電流的大小成正比即ExI。若能證明Ix ，實際上也就證明了Ex 。感 感dt dt所以在處理數據時，因為只驗證比例關系，所以可以用感應電流強度的大小代替感應電動勢的大小。一d①綜上所述，在本實驗所設置的情境中法拉第電磁感應定律Ex 可初步變dt「d①L LLL形為Ex丁--,進而可以變形為ExI--,最后可變形為drAT 勵磁AT

L 、一口…?ms』』一1感3I勵磁立。而擋光片的寬度L是定值,所以在本實驗所設置的情景中要驗證法拉第電磁感應定律，只需驗證L3I勵磁感△T二、實驗裝置組合好的實驗裝置如圖所示1為微型直流電動機。用微型直流電機及其專用控制開關來控制感應線圈的升降。改變驅動直流電機的電壓，可以改變直流電機的運行速度，從而改變線圈上升和下降的速度。2為感應線圈。感應線圈在微型直流電機的帶動升降，在運動過程中通過感應線圈的磁通量不斷發生變化，感應線圈中產生電磁感應現象。3為勵磁線圈。用外電源給勵磁線圈供電，勵磁線圈產生隨勵磁電流變化而變化的磁場。4固定在感應線圈上的擋光片。擋光片固定在感應線圈上，隨感應線圈一起升降。擋光片的下端到達光電門時，光電門計時器會觸發數據采集器記錄此時感應線圈所產生的感應電流的數值。5為光電門計時器。光電門計時器的作用有兩個，一是在擋光片的下端到達光電門時，觸發數據采集器記錄此時感應線圈所產生的感應電流的數值;二是采集擋光片通過光電門所用的時間。6為微電流傳感器。微電流傳感器與感應線圈相連，采集感應線圈所產生的感應電流。因微電流傳感器的內阻和感應線圈的內電阻都為定值，所以微電流傳感器采集的電流正比于此時感應線圈所產生的感應電動勢。7為電流傳感器。電流傳感器與勵磁線圈串聯，采集通過勵磁線圈的勵磁電流大小。8為數據采集器。數據采集器與微電流傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、光電門傳感器相連，適時采集各傳感器采集的數據并傳入電腦。9為雙金屬絲導軌。為了防止感應線圈在升降的過程中晃動，設雙金屬絲導軌控制感應

線圈的運動軌跡。為監控微型直流電機的運動情況，將電壓傳感器與微型直流電機并聯，監控微型電機兩端的電壓。三、實驗數據及其處理I⑴若勵磁電流不變，要驗證本實驗情境下的法拉第電磁感應定律1感8手，需驗1AT下表為保持勵磁電流不變，測的一組實驗數據。前第2至第4列為實驗中實測的數據，1格網-⑵遍學卜_|陶放jm顯示設置▼I拍控斯狀態擇的圖里?J評卷可以看出它們可以很好的擬合出一條過原點的直線。即在勵磁電流不變的情況下第5列是為了作圖方便而計算的第2列的倒數即格網-⑵遍學卜_|陶放jm顯示設置▼I拍控斯狀態擇的圖里?J評卷可以看出它們可以很好的擬合出一條過原點的直線。即在勵磁電流不變的情況下測量次數時間(s)感應電流eA)勵磁電流(A)1/AT10.346480.200.152.886220.279580.250.153.576830.228940.330.154.368040.181950.410.155.496050.155520.450.156.430060.134250.530.157.448870.115000.630.158.6956以感應電流大小為橫軸，I（2）若改變勵磁電流，，要驗證本實驗情境下的法拉第電磁感應定律1感《7苧,若I能保持AT不變，則只需驗證I感X1勵磁；也可以1感《■將變形為I感ATxI勵磁,需驗證I感ATxI勵磁。下表為盡量保持驅動微型直流電機的電壓不變，測的一組實驗數據。前第2至第4列為實驗中實測的數據，第5列是為了作圖方便而計算的感應電流與時間的乘積即I感AT。測量次數時間（S）感應電流（口A）勵磁電流（A）感應電流X時間（口A.S）10.270210.280.150.075720.272390.330.180.089930.270100.350.210.094540.273820.390.240.106850.273210.480.280.131160.273200.510.310.139370.273070.560.340.152980.273840.660.380.180790.273100.710.410.1939100.274190.790.470.2166110.272270.870.510.2