阿拉果圆盘实验解释原理探讨

阿拉果圆盘实验解释原理探讨 一、阿拉果圆盘实验： 1822年，法国科学家阿拉果(D.F.G.Arago，1786-1853年)和德国物理学家冯·洪堡(A.vonHumboldt,1769-1859年)在英国格林威治(Greenwich)的一座小山上测量地磁强度时偶然发现，放在铜底座上的小磁针的摆动，比孤立放置的磁针摆动的幅度衰减要快，而摆动的周期却没有明显的改变。阿拉果据此推测，既然静止的铜片能够影响运动的磁针,那么,运动的铜片可能会对静止的磁针也产生作用。 1824年,阿拉果根据这一现象又做了一个实验,将一个铜圆盘装在一根垂直轴上，使其可以水平转动，在铜盘正上方悬吊一根磁针，所用细线质地柔软，即使磁针旋转许多圈，悬线都不会产生明显的扭力来阻止磁针的旋转.阿拉果通过实验发现，当铜盘旋转时，磁针即跟着一起转动，但是时间上稍滞后一些；反之，当磁针旋转时,铜盘也跟着旋转，同样时间上稍有滞后.这个现象就是物理学史上著名的阿拉果铜盘实验现象”。阿拉果由于发现这一现象获得1825年英国皇家学会的科普勒奖章(CopleyMedal） 二、法拉第的解释 通过实验，法拉第事实上已经揭示了阿拉果铜盘实验的本质所在，那就是磁体和导体之间的相对运动在导体内产生出了感应电流，而感应电流产生的磁力又会与磁体的磁力互相作用从而使得铜盘或磁体转动。对阿拉果铜盘实验现象的正确解释，无疑是法拉第电磁感应理论的一个巨大胜利。正是由于认识到阿拉果实验中所用的铜盘的作用稳恒感应电流的实验装置法拉第才设计了产生获得了稳恒的感应电流的第一台发电机。 三、代表期刊典型分析： 1、刘保华老师在《物理通报》的解释 首先，将题中原图改为俯视，另外，小磁针Ｎ极Ｓ极正下方磁感应强度只考虑垂直盘面的分量；根据小磁针周围磁场的分布，在磁针投影（Oa与Ｏb代表Ｎ极和Ｓ极投影位置）正下方磁感应强度认为最强，盘面上从投影位置沿两边，磁感应强度逐渐减弱，则静止时盘面上的磁场分布大致下图所示 黄绍书老师在《物理通报》的解释 阿拉果铜盘实验中产生的是径向电流，不是也不可能是涡电流．径向感应电流是导致磁针随圆盘转动的根本原因。 3、郭芳侠老师在《物理教学》的解释 当圆盘刚刚发生逆时针转动时，由楞次定律“感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因”可知，微元1相当于S极垂直纸面向外的微小磁铁将吸引磁针N极使其沿逆时针方向转动，从而阻碍铜圆盘、磁针之间的相对运动;微元3相当于N极垂直纸面向外的微小磁铁,其作用也会使磁针沿逆时针方向转动,从而阻碍铜圆盘、磁针之间的相对运动。同理可知,微元2相当于S极垂直纸面向外的微小磁铁;微元4相当于N极垂直纸面向外的微小磁铁。 就圆盘左半部分而言，各处微元等效的小磁铁磁极方向均是S极垂直纸面向外由右手定则可知左半部分的宏观涡电流应是顺时针方向。同理，圆盘右半部分的宏观涡电流是逆时针方向。考虑到盘的形状，推测圆盘上的宏观涡电流分布情况大致如图3中的虚线所示。此时研究与铜圆盘同心的圆环回路，回路上左半部的涡电流与右半部的涡电流大小相等、方向相反，总的涡电流为零,与前面的分析一致。 就圆盘左半部分而言，各处微元等效的小磁铁磁极方向均是S极垂直纸面向外由右手定则可知左半部分的宏观涡电流应是顺时针方向。同理，圆盘右半部分的宏观涡电流是逆时针方向。考虑到盘的形状，推测圆盘上的宏观涡电流分布情况大致如图3中的虚线所示。此时研究与铜圆盘同心的圆环回路，回路上左半部的涡电流与右半部的涡电流大小相等、方向相反，总的涡电流为零,与前面的分析一致。 四、高考试题关联 2015年普通高等学校招生全国统一考试(普通高中新课程标准Ⅰ卷）将本实验作为出题背景考查学生对电磁感应规律的理解和拓展应用能力。 1、该年理科综合能力测试第19题如下： 1824年，法国科学家阿 ... ...