法拉第电磁感应定律数字化实验仪

　　1　引　言

　　中学教材中没有定量探究法拉第电磁感应定律的实验,现有技术中的数据采集、显示完全依赖DIS与计算机,在用电不便、没有计算机和DIS实验室处无法实验,而且还不能得出电动势与线圈匝数的关系.

　　通过反复观察文献[1]介绍的教具“感应电动势探究仪”,笔者发现,该探究仪仅仅是“电磁感应部分”,实验数据的采集与显示分别依赖于DIS和计算机. 1套DIS近万元,1台计算机也有几千元,广大农村、山区的学校买不起,也用不起.经实践,笔者研制出用电池供电,并且自动采集、显示实验数据的感应电动势教具.

　　2　实验原理

　　 用光电门测磁极每次通过线圈中某一确定位置时的速度,同时用单片机记录磁极在该位置时线圈产生的感应电动势,然后将速度和对应的电动势在液晶显示屏上显示出来,再将速度和对应的电动势在直角坐标系中描出图像,如果在误差范围内图像是通过坐标原点的直线,就证明法拉第电磁感应定律是正确的.

　　在实验开始阶段,测量点的线性关系时好时坏,后经长时间大量的反复实验中发现,光电门与线圈的相对位置十分敏感,光电门只有在某一很小的范围内,8个实验点才成比较好的线性关系.调整方法:在遮光板遮光的时间内,磁铁上面的磁极恰好从线圈的一边运动到另一边。还有,磁铁的速度不能太大(最大值2.05 m/s),否则也会影响实验点的线性关系.

　　3　装置的制作与使用

　　3.1　装置结构及制作材料

　　塑料管1段(长80 cm,1.7 cm),弹簧2条(长20 cm,1.5 cm),圆柱形强磁铁1块(高1.6 cm,1.6 cm),线圈5×50匝,塑料固定块2个(比磁铁略细,长约2 cm),木塞2个.底座与长约70 cm,12 mm的钢筋相连做支架.1个7805稳压芯片,2个电解电容(10μF/16 V),4个陶瓷电容(30μF),1个发光二极管,1个2004液晶显示屏,2个5×2排针,4个8脚排针,2个2×2排针,1个4×2排针,5个2排针,4个1 kΩ电阻,4个1 kΩ电阻,1个203电位器,2个复位开关,1个拨动开关,1个船型开关,1ATmega16L-8PI单片机,1个8 M晶振,1块线路板,1个光电门.

　　3.3　制作方法

　　1)将塑料固定块用胶粘在磁铁两端.

　　2)在车床上制作2个木塞.

　　3)将弹簧的一端与固定块相连,另一端连木塞,做成弹簧振子.

　　4)塑料管上开口,将弹簧振子装入塑料管中,两端通过木塞固定在塑料管两端.

　　5)在塑料固定块上安装遮光板,在塑料管上固定线圈,如图3所示.

　　6)塑料管的两端固定在支架上,使其成竖直状态.

　　7)焊接电路。

　　3.4　使用方法

　　1)线圈匝数n=50,打开电源开关.