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电磁感应实验设计与实现?お?
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电磁感应与磁悬浮实验指导书.ppt 22页
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磁悬浮力和磁牵引力随离铝盘高度的变化关系（选做）大学物理实验电磁感应与磁悬浮【实验目的】要求学生用电磁感应的基本定律，研究导体在磁场中运动而导致的磁悬浮力、磁牵引力等磁悬浮现象的规律性，通过数据拟合给出经验公式，学会灵活运用电磁感应定律进行磁悬浮的各种应用设计。【实验背景及原理】1831年，英国科学家法拉第从实验中发现，当通过一闭合回路所包围的面积的磁通量（磁感应强度B的通量）发生变化时，回路中就产生电流，这种电流称之为感应电流。法拉第在1831年11月向英国皇家学院报告了《电磁学的实验研究》的结果，他将电磁感应的条件概括为：①变化的电流；②变化的磁场；③运动的稳恒电流；④运动的磁铁；⑤在磁场中运动的导体。楞次定律：闭合回路中的感应电流方向，总是企图使感应电流本身所产生的通过回路面积的磁通量，去反抗引起感应电流的磁通量的改变，或者说感应电流产生的磁场总是阻碍原来磁场的变化。法拉第电磁感应定律：不论任何原因使通过回路面积的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势与磁通量对时间的变化率成正比，即磁悬浮是一系列技术的通称,它包括借助磁力的方法悬浮、导引、驱动和控制等。磁悬浮技术是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体的典型的机电一体化技术(高新技术)。磁悬浮的主要方式：电磁吸引悬浮:ElectroMagneticSuspension永磁斥力悬浮:PermanentRepulsiveSuspension感应斥力悬浮:ElectroDynamicsSuspension【预备问题】产生电磁感应的条件是什么？产生磁悬浮现象的机理是什么?产生磁悬浮的主要方式有那几种？各有什么特点？本实验采用什么方法测量磁悬浮力和牵引力的？若要提高测量精度应如何改进？本实验采用什么方法测量轴承转速？若要提高测量转速的稳定性应如何改进实验装置？铝盘转速与磁悬浮和磁牵引力有什么关系？【实验仪器】本实验的基本装置由电磁感应与磁悬浮综合实验仪、力传感器，光电传感器，步进电机、步进电机控制器、铝盘、磁悬浮测试底座和传感器支架、带有小辐轮和永磁体的轴承等组成。在金属铝盘与永磁体做相对运动时，测量产生的磁悬浮力和磁牵引力。步进电机控制器步进电机铝盘永磁铁力传感器磁力以及转速测量步进电机将电脉冲转化为角位移，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）步进电机控制器电磁感应与磁悬浮综合实验仪单位为牛顿测力前应使读数回零实验时避免两个磁铁相互影响测力的方向力传感器和永磁体应根据实验内容进行装配拧紧【实验内容】1、测量铝盘不同转速下磁牵引力的大小*磁铁铝盘两层垫片的距离*频率从最小测到最大，每个频率测量三组数据如何使牵引力更大?2、测量铝盘不同转速下磁悬浮力的大小*根据磁悬浮力的方向重新装配力传感器和永磁体*磁铁铝盘两层垫片的距离*频率从最小测到最大，每个频率测量三组数据3、测量铝盘不同转速对轴承转速的影响如何使轴承转速更稳定？每个频率测量六组数据4、（选做）分析磁牵引力与悬浮力随距离的变化规律*利用标准塑料垫片改变磁铁和铝盘的距离*利用卡尺测量垫片厚度1.安装力传感器和永磁体时，注意检查磁体与铝盘是否有摩擦，摩擦可能导致永磁体飞出，造成伤人事故！【注意事项】2.传感器支持杆松动下滑，会导致永磁体飞出，立柱上的固定螺丝一定要拧紧！3.轴承附带的磁铁不要取下【数据和结果分析】用多项式拟合不同转速与磁牵引力的依赖关系，确定其函数形式和相关系数。用多项式拟合不同转速与磁悬浮力的依赖关系，确定其函数形式和相关系数。用多项式拟合拟合铝盘不同转速对轴承转速的依赖关系，确定其函数形式和相关系数，计算其传动比。拟合磁悬浮力、磁牵引力随距离改变的变化规律。电机频率（Hz）磁悬浮力（牛顿）平均值（牛顿）.250.10.1.70.76...750.10..0.49.80.651.60.652.50.355.40.656.30.158.935849
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周一至周五
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谈《电磁感应》教学中的创新实验
　　人教版“3-2”模块中的“电磁感应”章节当属高中物理知识中的“珠穆拉玛峰”.若登顶成功，则可打通全局，盘活之前所学知识，形成“源（寻找电源）、路（电路辨别）、力（受力分析）、动（运动学知识）、能（能量处理）”的解题程序.作为教学重点，老师会投入大量精力，无论是新授课，还是一轮基础知识梳理，二轮专题复习，甚至最后三轮猜压题环节中，电磁感应知识永远都是重点，要进行反复训练、讲解.然结果却不理想，纵观每次考试的细分统计，就会发现这部分知识是许多学生心中永远的痛，是道无法逾越的坎. 中国论文网 /9/view-6449302.htm　　“过于抽象，远离生活，无法想象，电源从何而来？”是学生对电磁学知识的直观感受.要真正解决此问题，要用到麦克斯韦的电磁学方程，其对高等数学的要求已远超过高中生的实际水平.既然道理讲不明，就只能从实验突破.朱正元教授曾做过精辟论述：千言万语说不清，一看实验就分明.“物理、物理，必需就物论理.离开具体的物，仅凭教师的语言和书本讲抽象的理，学生学到的就只能是口头的和字面上的物理.”现行教材先安排了《划时代的发现》一节，试图通过对电磁学史的介绍，提升学生的学习热情.在第二节《探究感应电流的产生条件》中安排了一个演示实验，在第三节《楞次定律》中安排了一个分组探究实验.试图通过实验，给学生直观认识，继而展开理论教学.可实际教学效果并不理想，无论从“主体参与度、个性张扬度、思维有效度、情感交流度、能力形成度”中的哪一个来考核都不明显，也很难收获到学生学习新知识的“惊奇声、笑声、赞叹声”. 　　[TP9GW1019.TIF，Y#] 　　如何真正的发挥学生的主体意识，在学习过程中体现出自己的主观能动性，体会到学习的快乐，就需要对现有教材中的实验装置进行改革、创新.笔者有感于课本第三页插图（如图1），可否让学生自己动手，绕制线圈，让他们在真实的体验中学到新知.新一轮的教学过程中，在前四节教学过程中进行了以两人为一小组的分组实验，教学效果明显，很好地激发了学生的学习兴趣.现介绍如下： 　　器材：1.漆包线（直径5 cm，长度5 m，两端预先进行除漆处理） 　　2.条形磁铁一根 　　3.塑料PVC水管（直径、长度以便于插入磁铁为宜，两端预先用钢锯开好豁口，方便学生固定导线） 　　4.灵敏电流计 （J0409） 　　5.楞次环 　　利用这些器材（如图2），给前四节教学带来的变化： 　　[TP9GW1020.TIF，Y#]在第一节《划时代的发现》中，原本老师枯燥的物理学史介绍，就直接变成了以学生为主体的体验式学习.介绍完“电流的磁效应”之后，教师直接抛出问题：利用身边简单器材，我们能否实现“磁生电”？学生热情很高，一个个都急于尝试：绕线圈，连电流计.很快就有个别同学发现在将磁铁插入自制线圈的过程中，电流计指针会发生偏转.然后让学生到讲台前演示，全班同学效仿.这样每个人都真实地体验到“磁生电”.教师不失时机地进行点播：“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应.这就是当年的法拉第的伟大发现.这样的处理既为后续学习打下了基础，也收获到了很大学习快乐！ 　　在第二节《探究感应电流的产生条件》中，原本的实验观察可做如下处理：课本4.2-1演示实验（如图3）初中教学已有涉及，教师直接演示，4.2-2实验（如图4）正是第一节中已完成的学生分组实验，学生完成课本第6页第一个表格无任何难度.教师的教学重点是引领学生分析图5中A、B线圈的差异.A线圈是有源回路中的一部分，是用电器，把电能转化为磁场能，相当于一个条形磁铁，但它有别于条形磁铁是磁场方向、强弱取决于流过它的电流方向与大小，是可以改变的.B线圈相当于同学自己绕制的线圈，在回路中扮演电源的角色，其作用就是完成“磁生电”.经过这样的处理，教师不妨可让学生先猜想，在进行实验验证，完成第6页第二个表格.经过如此的就物论理后，教师再归纳出磁通量变化是产生电磁感应的条件，就水到渠成了. 　　在第三节中，利用自制线圈，学生可轻松体验到N极的插入与S极的拔出过程中产生的感应电流方向相同；N极的拔出与S极的插入过程中产生的感应电流方向相同，且两过程中电流方向不同的实验规律.教师引导学生分析可以得到：感应电流的方向与原磁场的方向及其变化情况有关.而“阻碍”二字，在此过程中学生很难直接体验.其中电流计指针偏转方向与电流流向的关系，线圈的导线绕制方向，右手螺旋定则的使用都制约了同学归纳出“阻碍”二字.要达成通过实验得出“楞次定律”中关键词“阻碍”二字的教学目的，必须另辟蹊径.课本中课后习题涉及的“楞次环”实验：器材简单，操作方便，现象明显，若通过A环与B环的对比可分析产生感应电流的条件.若从相对运动角度引导学生分析，定能得到“环的运动总是在阻碍磁铁的靠近或远离”.这样处理让“阻碍”二字深入生心.笔者认为：对于《楞次定律》一节的教学设计，教师不妨从这两个实验展开，前者的目的是让学生体会定律内容中的“主语和宾语”，后者可让学生深刻认识到定律内容的“谓语“.唯有让学生真正体会到定律的内涵，方能不增加学生的学习负担，使其应用自如. 　　在第四节《法拉第电磁感应定律》中，教学核心是体会电动势与磁通量的变化率成正比.通过自制仪器，可发现感应电流的大小（指针偏转角度）与磁铁的插入与拔出速率存在正相关关系.需要指出的是：电磁感应的本质是产生感应电动势，
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验证法拉第电磁感应定律的两个创新实验
【摘要】：法拉第电磁感应定律是电磁学中一个最基本最重要的规律,它最初是一条基于观察的实验定律.后来被正式化,其偏导数的限制版本,跟其他的电磁学定律一块被列为麦克斯韦方程组.人教版选修3-2第4章"电磁感应"第4节"法拉第电磁感应定律",只有定性的实验介绍,没有定量的实验验证,学生学习中缺少真实的感受.笔者利用普通的实验器材,设计了两个创新实验,能够很好地定量验证法拉第电磁感应定律,增强了学生的学习体验.
【作者单位】：
【关键词】：
【基金】：
【分类号】：G634.7【正文快照】：
法拉第电磁感应定律是电磁学中一个最基本最重要的规律,它最初是一条基于观察的实验定律,后来被正式化,其偏导数的限制版本,跟其他的电磁学定律一块被列为麦克斯韦方程组.它主要是基于法拉第于1831年所做的实验,这个效应也曾被约瑟·亨利于大约同时发现,但法拉第的发表时间较
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