关于此实验
把磁铁推入线圈中，即使没有电池，也会有电流流过。磁铁停下来，电流也会停止；把磁铁拉出来，电流则会反向流动。1831年，迈克尔·法拉第发现，穿过线圈的磁场发生变化时会产生感应电压。用手移动磁铁、将磁铁装在弹簧上移动，或让磁铁沿直线穿过线圈，观察电流表读数、磁通量和感应电动势如何随速度、线圈匝数和磁铁强度而变化。
学习目标
- 描述穿过线圈的磁通量发生变化时如何产生感应电动势。
- 解释感应电动势的大小如何取决于速度、线圈匝数和磁铁强度。
- 使用楞次定律预测感应电流的方向
- 将电动势与磁通链随时间变化图的斜率联系起来
- 解释发电机和直流发电机如何发电
使用方法
- 1选择“手动”。将磁铁推入线圈，保持不动，然后将其拉出。指针什么时候会偏转？
- 2让磁铁移动得更快。电流的大小会怎样变化？
- 3选择“装在弹簧上”。比较这两幅图。电动势最大是在磁通量最大时，还是在磁通量变化最快时？
- 4将线圈匝数加倍，然后将磁铁的强度加倍。每次操作后，电动势峰值会如何变化？
- 5选择“推入并穿过”，观察线圈两端的字母 N 和 S。线圈会把磁铁推开，还是把它拉回来？
- 6将磁铁翻转并重复操作。电流方向会怎样变化？
模型
假设
- 将磁铁视为位于线圈轴线上的磁偶极子。当磁铁没有比线圈大很多时，这种近似是准确的；但在磁铁附近，实际磁场会更弱。
- 线圈长4 cm，半径为2 cm，线圈匝沿其长度均匀分布。
- 忽略磁制动：线圈中的电流不会使磁铁减速。也忽略线圈的自感。
- 用手移动时，磁铁会平滑地跟随指针，因此它的速度取决于你移动的快慢。
在课堂上试试这个实验
- Q1无论磁铁有多强，为什么将它静止地放在线圈内都不会产生电流？
- Q2磁铁穿过线圈时，电动势会出现两个符号相反的峰值。请解释原因。
- Q3使用楞次定律解释：当线圈连接到灯泡时，为什么把磁铁推入线圈需要更大的力？
- Q4骑自行车时，骑得越快，车用发电机点亮的车灯就越亮。为什么？
- Q5为什么匝数增加一倍、但使用更细导线制成的线圈，电流不一定也会增加一倍？
常见问题
磁通量和磁通链有什么区别？
磁通量是穿过线圈一匝的磁场量。磁链等于磁通量乘以匝数，即 NΦ，因为每一匝产生的电动势都会串联叠加。
为什么磁铁位于线圈中央时，电动势为零？
此时磁通量最大，但并未变化：无论稍微向哪边移动，磁通量都几乎不会改变。电动势取决于磁通量变化的快慢，而不是它的大小。
电能从哪里来？
这来自你移动磁铁所做的功。根据楞次定律，感应电流总会产生一个阻碍运动的磁力，因此你必须持续推动磁铁才能让它继续运动。在这个模型中，这个力太小，不足以明显减慢磁铁的速度。