两个电磁学演示实验的再设计，本文主要内容关键词为：电磁学论文,演示论文,两个论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 退磁演示实验的设计
1.1 实验方法
1）在透明的塑料吸管中装入大小均匀的细铁屑，留1/2的空间，用透明胶带封闭吸管两端.摇动吸管，使吸管内的铁屑分布均匀.把吸管水平轻放入充磁器内，轻敲吸管，使管内的铁屑在磁场的作用下排列有序（呈流线状）.
2）几分钟后，轻轻拿开吸管（不要让吸管内的铁屑移动），靠近小磁针，如图1所示.观察磁针偏转情况（转动）.
图1 退磁演示实验装置
3）反复摇动吸管，使管内的铁屑重新分布，将吸管靠近小磁针，观察小磁针的偏转情况（不转动）.
1.2 原理分析
根据安培的分子电流假说，当吸管放入磁场中时，从微观上看，铁屑内的每个磁分子在一定程度上沿着磁场的方向规则排列，取向一致，这即是磁化过程；从宏观上看铁屑排列规则，呈流线状，表现出磁性，故此时能使小磁针偏转.当吸管被摇动后，原先被磁化后的整齐排列的铁屑被打乱.铁屑虽小，但还是由大量的磁分子组成，虽然每个铁屑内的每个磁分子的固有磁矩仍然存在，但从宏观上看铁屑变成无序的、随机的排列，个个磁分子当然也变成无序的杂乱的排列，这即是退磁，吸管便失去了磁性，故再拿吸管靠近小磁针时，就不能使它偏转.
2 自感现象演示实验的改进
2.1 实验方法
1）如图2（a）所示，将干电池正极与小型金属锉刀一端接触，负极与铜多芯导线的a端相连，将导线的另一端b在锉刀平面上来回摩擦，可观察到有微弱的电火花.
2）如图2（b）所示，把导线绕在铁锉刀上，两端留10cm左右.将干电池正极与锉刀一端平面接触，负极与导线的a端相连接.再将导线的另一端b与锉刀平面来回摩擦，可观察到有较强的电火花.
图2 自感演示实验装置
2.2 实验原理
导线b端在锉刀上来回摩擦时，相当于电路快速地通断，当通过线圈的电流突然减弱，穿过线圈的磁通量也很快减少，因而在线圈中产生感应电动势.由楞次定律可知，此自感电动势要阻碍电流的消失，故其方向与干电池的电动势方向相同，即导线一端与锉刀之间存在同方向的电动势，这两个电动势的总和较大时，就会在导线与锉刀之间产生电火花.
因ε[，自]=LΔI/Δt，ε[，自]的大小与自感系数L及电流的变化率ΔI/Δt有关.故在其他条件不变的情况下，电火花的大小与导线绕在铁芯上的匝数有关，匝数越多，电火花越大.
电火花的强弱与导线b端在锉刀间来回摩擦的速度有关，速度越快，电流的变化也越快，形成的自感电动势也越大，故电火花也越大.
2.3 几点说明
1）经多次实验证明，此火花不至于使铜导线很快氧化.
2）因本实验仅定性讨论，故导线b端滑动的速度凭直觉即可判断.事实上，两次实验中产生的电火花差异非常明显，即使无绕线时b端滑动的速度比有绕线时b端滑动的速度快时，产生的电火花还是要比后者要小的多.
3）若电路中的总电阻为R，电源的电动势为ε，接通电源后，路中的总电动势为
对于本实验，用交流电桥测自感L约为5.8mH，电路总电阻R约为1.0Ω，电动势开关接通后，电流达到峰值的90％时，求得t=L/Rln10=0.013 3s.导线b端与锉刀摩擦时，在锉刀上ls内移动的距离约为12cm，锉刀上两凹槽间的距离约为1.5mm，则电路接通、断开的时间为0.012 5s.所以，导线b端与锉刀摩擦过程中，虽然接通的时间很短，但电流可以接近峰值，从而，ΔI/Δt很大，ε[，自]很大，足以引起电火花.