以上便是我的即兴演讲,接下来开始我的模拟上课。
同学们,上课!在正式课程开始之前,老师想带大家做一个小游戏,来比一比谁出拳出得更快。老师今天带来了一个特制手套,以及一个特制的速度检测器。那么现在老师想请几位同学上来配合老师做一做,比一比。诶,套上这个特制拳套,然后现在将手伸入这一个速度检测器中,好,快速出拳。好,这位同学,非常快。那么下一位同学。好,刚刚同学们比试完了,每一位同学的出拳速度与我们指针上面摆过的最大位置成正比。那同学们,你们是否好奇这个仪器老师是怎么制作出来的呢?现在我给大家来揭一揭秘。
这一个特制拳套实际上就是磁铁,而这个速度检测器老师则采用了环形线圈以及电流表制成。同学们,在之前的课程中,我们已经学习了磁铁如果插入环形线圈,那么它会产生感应电流,并且在上节课中我们已经能够正确地分析感应电流的方向。但是对于其大小我们还不知道如何分析。而在刚刚我们的活动中,每个人不同的出拳速度却导致了不同的指针最大倾角,这或许其中蕴含着我们感应电流大小的奥秘,那我们应该如何去探究它呢?带着这一问题,我们走入今天的课程:2.2 法拉第电磁感应定律。那不妨我们就把这个速度检测器重新拆解来做一个小实验。好,这边依旧是一个环形的线圈管,然后老师带来了上节课我们所采用的磁铁,将其两端连接电流表。现在老师想请你以不同的速度匀速地插入环形线圈,我们来观察一下上面的指针会有什么样的不同。
那么首先速度比较快的来试试看。
诶,速度比较快的时候我们发现它所产生的感应电流也比较大。那速度慢的试一次呢。我们发现所产生的感应电流也比较小。谢谢这位同学。我们都知道感应电流产生是有条件的,它是要在闭合回路中,如果磁通量发生了改变,那么才会有感应电流产生。但为什么在刚刚不同快慢情况下,它们都一定能产生大小不同的感应电流呢?我们的磁通量改变情况它们是一样的吗?同学们可以关注到,刚刚我们都是相同的磁铁进入了相同的距离,这就意味着我们磁通量的改变量应该是一样的。
我们记作为ΔΦ,那它们有什么不同?速度不同也就意味着单位时间内磁通量发生的变量可能有所不一。我们不妨将其记作Δt₁以及Δt₂。我们可以发现,虽然一快一慢的过程中,它们的磁通量整体改变量是相同的,但它们的改变快慢是不同的,即磁通量改变速率不同,或者说磁通量改变率不同。而这就导致了我们感应电流也存在着不同的情况。这么看来,感应电流好像与我们的磁通量改变率息息相关。而在一个电路中,倘若有感应电流,在固定的电阻下,它肯定是源自于一个电动势所产生的。而在电磁感应中,我们称这一个感应电流所对应的电动势为感应电动势。如果电路没有闭合,此时虽然没有感应电流,但是我们的感应电动势也仍然能够存在。而所产生的感应电动势在一定程度下我们就可以将其视为电源。因此在一定电阻下,我们可以发现快速地切割磁感线,我们的电动势大;而慢速地切割磁感线,磁通量变化率小,我们的感应电动势也小。
在刚刚我们通过定性的小实验发现了感应电动势、感应电流与我们的磁通量变化量没有特别大的关系,但是与我们磁通量变化率有密切的联系。或者可以这样说,我们的磁通量变化率与我们的感应电动势可能成正比的关系。而在物理学界中,实际上早有人发现了这一规律。而他们就是纽曼以及韦伯,他们先后提出闭合电路中感应电动势大小跟穿过这一电路的磁通量变化率成正比。但是由于法拉第对于电磁感应现象研究有巨大贡献,反而我们将其称之为法拉第电磁感应定律。那它是如何描述的?我们如何从一个定量的角度去认识法拉第电磁感应定律呢?
