电磁感应 · 图像实验

真正“催生”电动势的,是磁通量变得有多快

先看图像,再看公式。拖动控制点,或换一条曲线,观察同一个线圈里的 Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt 和 E 为什么不是一回事。

本实验台的正方向约定
图中 Φ 向上为正;感应电动势代数值按 e = −ndΦ/dt 判断。结果卡同时给出大小和方向符号。

Φ–t 记录纸

磁通量曲线 所选时间段 指定时刻切线
磁通量随时间变化图像 可拖动控制点修改图像;点击图中位置可选择计算瞬时变化率的时刻。
拖动圆点改写记录;键盘聚焦圆点后可用 ↑↓ 微调。 点击曲线附近可移动黄色切线。
起点磁通量 Φ₁ — 某一时刻线圈中的磁通量
变化量 ΔΦ — 末态减初态,可能为负
平均变化率 ΔΦ/Δt — 所选区间割线的斜率
指定时刻切线斜率 — 曲线在该时刻的变化快慢
Φ

状态量

说明某一时刻穿过线圈的磁通量;单位 Wb,本图用 mWb。

ΔΦ

变化量

只比较末态和初态:ΔΦ = Φ₂ − Φ₁,与中途曲折无关。

ΔΦ/Δt

平均变化率

等于 Φ–t 图所选两点割线的斜率;同样变化量,用时越短,绝对值越大。

E

感应电动势

n 匝线圈中,大小由 n│ΔΦ/Δt│决定;mWb/s 恰好等于 mV。

同样改变 4.0 mWb,快慢会怎样?

两个实验的 ΔΦ 完全相同,只改变完成变化所用的时间。

实验甲:较快改变

│ΔΦ/Δt│ = 4.00 mWb/s

实验乙:较慢改变

│ΔΦ/Δt│ = 1.00 mWb/s

在匝数相同时,实验甲的感应电动势大小是实验乙的 4.00 倍。不是“磁通量越大,电动势越大”,而是“磁通量变化得越快,电动势越大”。

先别代公式,猜一猜

同一只 5 匝线圈,甲、乙两次磁通量都增加 3.0 mWb;甲用时 0.5 s,乙用时 1.5 s。E甲∶E乙 等于多少?