自制库仑定律和法拉第定律的定量实验装置，本文主要内容关键词为：法拉第论文,库仑定律论文,定量论文,定律论文,装置论文，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。
一、库仑定律的定量实验
库仑定律的定量实验一直以来是课堂教学的难点，本文结合力学知识设计了一个能在课堂上定量探究电荷作用力大小的实验，很巧妙地间接测出了库仑力的大小；且测量方法简单，课堂教学实验的效果非常明显。
1.实验原理
如图1所示，A、B为两个相同的金属锡薄片，A用两根绝缘丝线安装成一个复摆（避免扭转）。B安装在一个绝缘的底座上，保证A、B两薄片正对且平行，这样A、B的静电作用力就垂直于薄片，这时可把A、B看成点电荷。对A进行受力分析：重力G；库仑力F；绳子的拉力T；由力的平衡可知：sinθ=F/G；过A点作一条垂直OC的垂线x，则sinθ=x/L；代入上式得：
2.实验器材
圆形锡箔片、竖直的刻度值、铁架台、弧形木板、泡沫等。
3.重点制作环节与使用说明
（1）把图2（a）摆安装在铁架台支架上；（2）把背景板固定在铁架台底座上；注意背景板安装要竖直，且0刻度线与图2（a）摆自由放置的摆线对齐；（3）把弧形槽放在图2（a）摆正下方，图2（b）薄片放在弧形槽上，移动弧形槽和薄片使薄片与摆正对且平行，保证摆、薄片之间的作用力垂直悬线；（4）用红外线灯照射，使整个仪器在干燥环境下进行；（提前20分钟干燥）（5）实验过程用毛皮和泡沫板摩擦，用起电盘带电（电量较大）。
4.实验步骤
（1）A、B的距离不变：让A、B带上同种电荷，一定距离下A、B在静电力作用下偏转，稳定后测出x的格子数，填入表格；用相同的C圆薄片与A圆薄片接触，这样使A的电量分为一半，保持距离不变测出x的格子数，填入表格；用C圆薄片可改变A或B的电量几次，重复实验，分析数据。
（2）A、B的电量不变：让A、B带上同种电荷，使A、B距离为d，A、B在静电力作用下偏转，测出x的格子数，填入表格；保持电量不变，使A、B距离为d/2，测出x的格子数，填入表格；重复实验，分析数据。
（3）实验数据分析可以很精确得出库仑定律。
二、法拉第定律定量实验装置
本文所讲述的自制创新法拉第定律定量实验装置利用电学知识巧妙、合理、简单地设计测量电路；设计了利用圆周运动用较快的速度来切割磁感线，从而得到较大的感应电动势，并能根据速度大小关系定量探究感应电动势的大小的实验装置。
1.解决简单测量问题
实验中产生的电动势是变化的，不能直接用电压表进行测量，必须测出每次实验的最大值。而示波器对学生来讲是个难点，传感器也太复杂了。我们设计用线圈和电容器串起来，线圈产生电动势形成电源给电容器充电，它可以记录电动势的最大值。但是，磁铁经过线圈产生的电流有两个方向，磁铁经过线圈一次，有充电和放电，最后电容器储存的电量是零。利用开关二极管，串联在电路中就解决问题了；用数字电压表测出电容器两端的电压就是电动势的最大值。
2.解决电动势大的问题
教材上主要是通过条形磁铁插入线圈这种方式，但这产生的E太小。我们改进了这一传统方法；运用匀速圆周运动，磁铁改成了从上方经过，速度可以很大，E也就很大了，测量起来就方便了。由于用电风扇带动强磁铁运动，电动势最大值可以达到1伏左右（而通过的时间又小，可接近0.01秒，所以最大值和平均值很接近）；研究最大电动势之间的关系就能得出其规律；用数字电压表测量就很直观的读出实验的数据。
3.制作方法
（1）用旧电风扇拆下的电动机和调速器装在木板上，带动装有强磁性磁铁的有机玻璃杆（制作要点是以轴为圆心半径上每隔10cm装一只强磁铁，共三只；为了平衡，在直径的另一边也安装同样的三个）；在板上安装线圈（导线直径0.3mm）1600匝一个、800匝三个、400匝一个，接上二极管（开关二极管）和电容器（10.35μF钽电容器，稳定性好、容量大、高频性能好）。（如图5）
（2）自制电磁铁（1500匝，导线直径0.8mm）安装在实验木板上，电磁铁是根据电流变化来改变磁场；把线圈固定在有机玻璃杆（如图6），接上二极管（开关二极管）和电容器（10.35μF钽电容器）。
4.实验过程
（1）相同的磁铁经过线圈，磁通量的变化就一样，在同一圆周上磁铁速度一样，通过线圈的时间就相同，这样磁通量的变化率就保证一定了，就可以研究E和匝数n的关系了。
（2）保持匝数n不变，通过圆周运动线速度与半径关系，在不同的圆上，通过线圈的时间不同，研究E和t的关系了。
（3）用电磁铁和通电电流的关系，电流改变，磁场改变，研究E和B的关系了。
（4）实验数据分析，可精确地定量得出法拉第定律。