李詩舟

（中國人民大學(xué)附屬中學(xué)，北京 100080）

電磁波的存在是由麥克斯韋方程組預(yù)言的，經(jīng)過了多次的實驗可以證實電磁波是存在的。目前，關(guān)于電磁波的理論已經(jīng)在逐步完善，這些理論的應(yīng)用也越來越深入和廣泛。但是，筆者發(fā)現(xiàn)，在以往的電磁感應(yīng)實驗過程有一些弊端。鑒于此，筆者設(shè)計了一些新的改進(jìn)方案對這些弊端進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化。

1 電磁感應(yīng)現(xiàn)象演示實驗改進(jìn)方案一

在圖1所示的實驗中，將一根金屬導(dǎo)體的兩頭與電流表連成回路，然后通過一個蹄形形狀的磁鐵來形成磁場。在實驗的過程中，我們可以使用導(dǎo)線對磁感線進(jìn)行切割運(yùn)動。在電流表進(jìn)行觀察的過程中，如果發(fā)現(xiàn)電流指針擺動角度較大，那么就說明在整個電路中存在電流，這個電流的產(chǎn)生也就預(yù)示了電磁感應(yīng)現(xiàn)象的存在。如果電流表指針擺動幅度較小，那么演示效果就不太好。在做這個實驗的時候，有時回路中的電流不足，電流表指針擺動幅度難以達(dá)到理想的效果，如果我們在增加磁鐵的前提條件下，還是不能達(dá)到足夠的電流的話，可以考慮在金屬導(dǎo)體的兩頭與電流表連成的回路中加一個直流放大器，其效果就是使電流放大若干倍，這個直流放大器跟電磁鐵和電流表是串聯(lián)的關(guān)系。

圖1 電磁感應(yīng)現(xiàn)象演示實驗

2 電磁感應(yīng)現(xiàn)象演示實驗改進(jìn)方案二

筆者通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，通過圖2的實驗圖，我們可以獲得更好的電磁感應(yīng)現(xiàn)象演示效果。實驗器材包括這些，AC15型直流復(fù)射式檢流計，漆包線（直徑一毫米左右即可，長度一米左右即可），硬紙筒一個（長度和直徑分別為15cm，12cm），準(zhǔn)備條形磁鐵2個，兩個滑輪，支架臺和小桶一個（不能是鐵質(zhì)的）、若干沙子和一根細(xì)繩（細(xì)繩不能過硬）。

圖2 電磁感應(yīng)現(xiàn)象演示實驗改進(jìn)

演示步驟介紹：

為了更好說明圖2電磁感應(yīng)現(xiàn)象演示實驗的先進(jìn)之處，筆者特意對其演示方法進(jìn)行如下詳細(xì)闡述。

（1）首先將線圈繞紙筒一周，然后用使用繩子將磁鐵吊在紙筒的上方，通過對沙子的重量進(jìn)行增減以及對小桶的高度進(jìn)行調(diào)整，從而使磁鐵能夠以一定的速度V向下移動，在穿過紙筒線圈的過程中，就會產(chǎn)生電流，從而可以使光點會發(fā)生移動，那么就說明了實驗的過程中有電流和電動勢發(fā)生。為了研究N（線圈的數(shù)量），Δt（時間的變化量），ΔΦ（磁通量變化量），E（感應(yīng)電動勢）這幾個量的關(guān)系，我們還可以進(jìn)行以下實驗。

（2）研究當(dāng)線圈數(shù)量和時間的變化量保持不變的時候，感應(yīng)電動勢與磁通量的變化量的關(guān)系。如果增加一個磁鐵，線圈的數(shù)量不變，磁鐵的速度也不變（也就是時間的變化量不變），仍然進(jìn)行線圈切割磁感線運(yùn)動，結(jié)果發(fā)現(xiàn)光電偏離零點的最大距離是實驗（1）中的兩倍，那么我們就可以得到E與ΔΦ成正比的結(jié)論。

（3）研究當(dāng)線圈的數(shù)量和磁通的變化量保持恒定的時候，感應(yīng)電動勢與實踐變化量的關(guān)系。此時進(jìn)行的實驗設(shè)置如下：磁鐵的數(shù)量同實驗（2），磁鐵的速度變?yōu)閷嶒灒?）的兩倍，結(jié)果發(fā)現(xiàn)光電偏離零點的最大距離是實驗（2）中的兩倍，那么我們可以得到E與1/Δt成反比的結(jié)論。

通過（2）（3）我們可以得到E與ΔΦ/Δt成正比的關(guān)系。

進(jìn)一步地，我們進(jìn)行實驗（4），保持時間的變化量和磁通量的變化量不變，可以得到電動勢的大小與線圈的數(shù)量成正比的結(jié)論。由此，我們就可以對電磁感應(yīng)定律得到驗證。

3 結(jié)束語

通過對電磁感應(yīng)實驗進(jìn)行改進(jìn)，我們順其自然地得到兩個改進(jìn)方案。在改進(jìn)方案一中，通過增加直流放大器，我們可以更加清晰地觀察到電流表指針的明顯改變，在改進(jìn)方案二中通過對線圈的數(shù)量，電磁鐵的數(shù)量，磁鐵的速度變化（時間的變化量）和感應(yīng)電動勢的關(guān)系進(jìn)行驗證，從而最終得到線圈中感應(yīng)電動勢的大小跟穿過的線圈內(nèi)的磁通量變化率成正比，跟線圈的匝數(shù)成正比的結(jié)論，這就是電磁感應(yīng)定律。為此，在實際實驗中，我們不妨把這兩個方案結(jié)合起來使用。