亞太科學教育論壇,第七期,第二冊,文章四(二零零六年十二月)
胡穎舒、吳先球、王珍甯、梁華才
基於音效卡的資料獲取系統在電磁感應實驗教學中的應用
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2. 應用實例——探究電磁感應的產生條件[4]

2.1 實驗1:導體切割磁感線

在此沿用了電磁感應的傳統實驗裝置進行實驗。只是把導體的兩端從原來接入檢流計,替換為一端接上音效卡連接線的左/右聲道,另一端接上音效卡連接線的地線(如圖(四)所示),再通過身歷聲插頭連接到PC機上的Line In 介面。打開用LabVIEW編寫的採集程式,即可在電腦螢幕上顯示採集所得感應電流的電壓波形。

圖(四)實驗1裝置圖
圖(五)導體切割磁感線,產生感應電流

學生通過探究發現,當導體平行於磁感線向上或向下運動時,螢幕上的電壓採集圖線沒有起伏。當導體向左向右運動,或向水平不同方向運動時,由圖(五)可知有感應電流產生。即導體切割磁感線的運動,使閉合電路包圍的磁場面積發生變化,產生了感應電流。

2.2 實驗2:向線圈中插入磁鐵,把磁鐵從線圈中抽出

利用音效卡採集的實驗設計裝置如圖(六)所示。通過實驗觀察,當磁鐵的某一個磁極插入線圈或從線圈中抽出,即磁鐵相對於線圈有相對運動時,採集得到感應電流的電壓波形(如圖(七))。如果磁鐵靜止地放在線圈中,或者讓二者以同一速度運動,即保持相對靜止,線圈中就沒有電流產生。經過該探究可知,通過線圈的磁場發生變化時,線圈中產生感應電流。

圖(六)實驗2裝置圖
圖(七)S極插入線圈時,線圈兩端的電壓採集圖

 2.3 實驗3:模擬法拉第電磁感應實驗

實驗裝置如圖8所示。開關閉合斷開瞬間,觀察得到B線圈產生感應電流的電壓採集圖如圖9所示。迅速移動滑動變阻器的滑片改變回路的電流,同樣可以採集得到感應電流的電壓波形。由此得出,當穿過線圈的磁場發生變化時,線圈產生了感應電流。

圖(八)實驗3裝置圖
圖(九)開關閉合斷開暫態,電壓波形發生了突變

通過以上三個實驗的探究,歸納得出結論:只要穿過閉合電路的磁通量發生變化,閉合電路就有感應電流產生。

利用上述的三個實驗裝置,還可進行法拉第電磁感應定律和楞次定律的探究。

 


Copyright (C) 2006 HKIEd APFSLT. Volume 7, Issue 2, Article 4 (Dec., 2006). All Rights Reserved