电磁学
电路、欧姆定律与电磁感应
直观地看到 I = U/R 的关系(漂移电子密度),并观察法拉第–楞次定律:感应电流的方向总是阻碍产生它的磁通量变化。 测量电流和感应电动势，检验 与 .
器材
- 3D 电路:单个电阻、串联电路、并联电路
- 极性可反转的虚拟条形磁铁
- 匝数与磁场强度可调的线圈
实验步骤
测量串联与并联电路中的电流
在三种电路模式之间切换。对于串联电路,将 U₁、U₂ 与 I·R₁、I·R₂ 比较。对于并联电路,将 I₁ + I₂ 相加,并与显示的总电流 I 比较。 将观察到的量与下式比较： .
反转磁铁的磁极,观察楞次定律
让磁铁振荡,并读取左侧的 ε 表。点击“反转磁极”,观察感应电流方向(蓝点)翻转。将磁铁停在线圈中心,观察即使磁通量 Φ 最大,ε 也降到接近零。 将观察到的量与下式比较： .
检验感应电动势
让磁铁快速、再缓慢地穿过线圈，读取 ε 并观察感应电流方向。再与磁铁停在磁通量最大位置时比较，用 ε = −dΦ_B/dt 解释静止时 ε 接近零的原因。 将显示的数据与下式比较： .
模拟
实验历史
电学在18至19世纪通过对电流和电路的定量研究逐步发展。乔治·欧姆于1827年发表电压、电流与电阻之间的关系；后来迈克尔·法拉第对电磁感应的研究，将认识从导电回路扩展到电流与磁场的相互作用。海因里希·楞次给出了感应电流方向的判定规则：其作用总是阻碍引起它的磁通量变化，这与能量守恒相符。
理想电阻的欧姆定律为 I = U/R。线圈中的感应电动势满足 ε = −dΦ_B/dt，负号表示楞次定律；穿过回路的磁通量变化时就会产生电流。改变电压和电阻，比较电子漂移，再改变磁铁运动观察感应电压。电子漂移很慢，而电信号传播很快；动画仅展示定性趋势，不代表粒子的真实大小或速度。还可以比较磁铁静止在磁场较强处与穿过线圈时的读数：只有磁通量随时间改变才产生感应电动势。改变磁极后观察电流方向，有助于检验负号所表达的楞次定律。将感应电压的正负与磁铁运动方向一起记录，能帮助确认方向关系。请结合读数核对公式。请记录每次观察。