法拉第圆盘发电机

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圆盘发电机的原理

圆盘发电机的原理

圆盘发电机的原理圆盘发电机是一种利用磁场通过转动的圆盘产生电能的装置。

其原理基于电磁感应和发电机的运作原理,以下将详细介绍圆盘发电机的工作原理和构造。

一、工作原理圆盘发电机利用了法拉第电磁感应定律的原理。

根据法拉第电磁感应定律,当导体在磁场中运动时,会在导体两端产生感应电动势。

而圆盘发电机的转动使得导体(通常为线圈)通过磁场切割磁力线,从而产生电流。

具体而言,圆盘发电机由磁场和导体组成。

磁场可以由恒定磁铁或直流电磁铁提供。

当圆盘发电机转动时,导体(线圈)内的电子会受到磁场力的作用而运动,从而切割磁力线。

根据法拉第电磁感应定律,切割磁力线会产生感应电动势,使得电子在导体内聚集并形成电流。

这样,圆盘发电机就将机械能转化为电能输出。

二、构造圆盘发电机主要由以下几个组成部分构成:1. 磁场:磁场可以由恒定磁铁或直流电磁铁提供,通常位于圆盘发电机的附近。

磁场的强度和方向对圆盘发电机的发电效果有重要影响。

2. 圆盘转轴:圆盘转轴连接了整个发电机系统。

它使得圆盘发电机可以自由旋转,从而实现能量转换。

3. 圆盘:圆盘是导体的载体,通常由金属材料制成,如铜、铝等。

圆盘上通常布置有绕组(线圈),用于导电产生电流。

4. 绕组(线圈):绕组是圆盘上的导体,有多个匝数。

绕组中通过电流的变化产生的磁场与外部提供的磁场相互作用,导致感应电动势产生。

5. 输出端子:输出端子用于将产生的电能输出到外部电路中。

通常通过连接导线进行,用来给目标设备供电。

三、应用领域圆盘发电机的原理被广泛应用于各个领域,特别是在可再生能源发电方面具有重要意义。

圆盘发电机可以通过转动机械能将太阳能、风能等能源转化为电能,成为太阳能电池板、风力发电机等设备的核心组件。

此外,圆盘发电机的原理还可以用于发电机组、发电机车辆等领域。

在工业生产、交通运输等方面,圆盘发电机的高效转换能力和可靠性被广泛应用。

总结:圆盘发电机是一种利用磁场通过转动的圆盘产生电能的装置。

2021年高中物理选修二第二章《电磁感应》测试卷(答案解析)(1)

2021年高中物理选修二第二章《电磁感应》测试卷(答案解析)(1)

一、选择题1.法拉第发明了世界上第一台发电机―法拉第圆盘发电机,原理如图所示。

铜质圆盘水平放置在竖直向下的匀强磁场中,圆盘圆心处固定一个带摇柄的转轴,边缘和转轴处各有一个铜电刷与其紧贴,用导线将电刷与电阻R 连接起来形成回路,其他电阻均不计。

转动摇柄,使圆盘如图示方向匀速转动。

已知匀强磁场的磁感应强度为B ,圆盘半径为r ,电阻的功率为P 。

则( )A .圆盘转动的角速度为2PR Br ,流过电阻R 的电流方向为从c 到dB .圆盘转动的角速度为22PR Br ,流过电阻R 的电流方向为从d 到c C .圆盘转动的角速度为22PR Br ,流过电阻R 的电流方向为从c 到d D .圆盘转动的角速度为2PR Br,流过电阻R 的电流方向为从d 到c 2.近日,第二架国产大飞机919C 在上海浦东国际机场首飞成功,919C 在上海上空水平匀速飞行,由于地磁场的存在,其机翼就会切割磁感线,下列说法正确的是( )A .机翼左端的电势比右端电势低B .机翼左端的电势比右端电势高C .飞机飞行过程中洛伦兹力做正功D .飞机飞行过程中洛伦兹力做负功 3.如图所示,A 、B 两个闭合单匝线圈用完全相同的导线制成,半径r A =3r B ,图示区域内有匀强磁场,且磁感应强度随时间均匀减小,则( )A .A 、B 线圈中产生的感应电动势E A :E B =3:1B .A 、B 线圈中产生的感应电动势E A :E B =6:1C .A 、B 线圈中产生的感应电流I A :I B =3:1D .A 、B 线圈中产生的感应电流I A :I B =1:14.空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场,其边界如图(a)中虚线MN 所示。

一硬质细导线的电阻率为ρ、横截面积为S ,将该导线做成半径为r 的圆环固定在纸面内,圆心O 在MN 上。

t =0时磁感应强度的方向如图所示;磁感应强度B 随时间t 的变化关系如图所示。

怎样解释法拉第圆盘发电机的原理

怎样解释法拉第圆盘发电机的原理
君一∗ ∃

+ ∗∃
,
。− .
,
/
0
用 电 磁 感 应 定 律 进 一 步 分 析 感生 电动 势
的 大小 示
,
电 流 方 向用 右 手 定则 判 断 流 由尸 向 ∀
,
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,
我 们 再次 强 调
,
所谓 磁 通 量 的 变 化
如图
2
由 于 圆 盘 作 匀 速 转动
,
尸∀
之间
,
必 须 是 指某 一 闭 合 回 路 而 讲 的

分发 出 的 光 照 射 不 到 的

,
这是因
由图
.

本 影 大小 与 哪 些因 素 有 关 呢

在光 源

为发 光 面 较 大 的光 源可

/上 0
投 影 物 体 及光 屏 的 相 对 位 置 相 同 的 情 况 下

.
,
可 以看 出
,
,
,
对 同一 投 影 物 体
,
,

.
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,
以 看 作是 由
尸( ∀ # 尸

,

的 条 辐连 续更 替
不 间 断 地 切割 磁 力 线

此 刻 尸∀ 之 间 为 ( ∀ 条 辐 所 组 成 的 回 路
为常 量
,
外 电 路 获 得稳 恒 电 流 所谓 磁 通 量 的 变
,
而 在此 刻 前 么 % 时 刻 ( ∀ 条 辐 处
,
于3 ∀ 位 置
回路 为 尸3 ∀ # 尸
故 叫做
,
体为 例

法拉第圆盘发电机电动势的计算

法拉第圆盘发电机电动势的计算

法拉第圆盘发电机电动势的计算
法拉第圆盘发电机是一种可以从恒定转速发电的发电机,使用可穿刺的金属片和磁铁来产生电流。

它的原理很简单,当外部弹性片不断旋转时,中部金属片会通过螺旋路径切断磁场并产生电动势,角速度越快,有效地磁场半径感应越大,产生的电动势越高,反之亦然。

要确定法拉第圆盘发电机电动势,需要考虑三个因素:一是电流,二是发电机的角速度,三是发电机的半径和深度。

电流是指电流的大小,通常采用正确的电流值很重要,这直接影响了发电机的电动势。

角速度也是计算发电机电动势的重要因素,越大则产生的电动势越高。

发电机的半径和深度也会影响产生的电动势,一般情况下,越大的半径和深度会产生更强的电动势。

计算法拉第发电机电动势时,不仅要考虑这三个因素,还要关注发电机的材料和角速度的变化,比如金属的密度会影响电动势的大小;角速度的变化可以让发电机的电动势随时间而变化。

所以,计算法拉第发电机的电动势时,要考虑这些因素,确保计算出准确的数据。

法拉第圆盘发电机原理

法拉第圆盘发电机原理

法拉第圆盘发电机原理
1 特点
法拉第圆盘发电机是一种小型的异步发电机。

它在设计结构上简单,抗干涉能力强,安装结构简单,使用寿命长,并具有运行稳定、功率大、效率高、管理容易的特点。

由于它的体积小,重量轻,分量轻,非常容易在机械设备上进行安装,是一种集成电路专用发动机。

2 工作原理
法拉第圆盘发电机将交流电电流经过长绕组,经电磁感应作用,将磁通产生横向力,在铁心和定磁环上的磁丝组形成不同的交叉角,极性的变化,令励磁通过定子绕组的变化产生不均匀的磁通。

而转子在这不均匀的磁通场作用下,将受到横向力,从而产生电池。

3 生产技术
法拉第圆盘发电机在生产过程中,普通主要根据定子芯轴、定子绕组、调节磁铁、法拉第转子及其他转子组成件,根据图纸把各个部件组装在一起。

一般常分为定子安装、磁芯安装、绕线、绝缘检测、封胶、调试六大工序。

4 适用范围
法拉第圆盘发电机广泛应用于电动机的控制和调节,可被用于微型机械设备上,特别是微型化设计要求较高的地方。

特别是对于对精
密要求较高的场合,比如气压控制的电动机,它的存在,发挥了不可替代的作用。

总的来说,法拉第圆盘发电机是一种具有非常重要意义的特点和优点,在当今机械行业中被广泛应用,特别是微型机械等。

它设计结构简单、效率高、功率大,被得到了众多企业和厂商的青睐,已经得到了广泛的应用。

探索电磁感应现象与法拉第电磁诱导定律

探索电磁感应现象与法拉第电磁诱导定律

在实际应用中,电磁感应现象和法拉第电磁 诱导定律被广泛应用于发电机、电动机、变 压器、无线充电等设备的设计与制造。这些 设备在现代社会中发挥着重要作用,推动了
工业、交通、通信等领域的快速发展。
未来发展趋势预测
随着科技的不断发展,电磁感应现象和法拉第电 磁诱导定律的应用领域将进一步拓展。例如,在 新能源领域,利用电磁感应原理开发的无线充电 技术将进一步提高充电效率和便捷性。
通过研究电磁感应现象,可以深入了解电磁波、电磁场等物理量的本质和特性,为 相关领域的研究提供理论支持。
02
法拉第电磁诱导定律介 绍
法拉第电磁诱导定律内容
法拉第电磁诱导定律指出,当 一个导体回路在变化的磁场中 时,会在回路中产生感应电动 势。
感应电动势的大小与穿过回路 的磁通量的变化率成正比。
感应电动势的方向遵循楞次定 律,即感应电流的方向总是试 图阻止产生它的磁通量的变化 。
04
经典实验:法拉第圆盘 发电机
实验原理及步骤
• 实验原理:法拉第电磁诱导定律指出,当一个导体回路在变化 的磁场中或相对于磁场运动时,会在回路中产生感应电动势。 法拉第圆盘发电机就是基于这一原理设计的。
实验原理及步骤
实验步骤
1. 准备一个铜制的圆盘,并在圆盘边缘安装多个 电刷。
2. 将圆盘放置在两个磁极之间,使圆盘能够在磁 场中自由旋转。
二者联系与区别
联系
电磁感应现象和法拉第电磁诱导定律都涉及到磁场、电动势和电流等基本概念,它们之间存在密切的 联系。法拉第电磁诱导定律是在电磁感应现象的基础上建立起来的,用于解释和预测电磁感应现象。
区别
电磁感应现象是一种物理现象,描述了导体在磁场中运动时产生电动势的过程。而法拉第电磁诱导定 律则是一个物理定律,用于定量描述磁通量变化与感应电动势之间的关系。

法拉第圆盘发电机的制作

法拉第圆盘发电机的制作作者:吴泉玉来源:《中学物理·高中》2014年第06期高二课本广东版选修3-2的第一章第五节是电磁感应规律的应用,电磁感应规律的应用的最重要应用是制造发电机,法拉第圆盘发电机是人类历史上的第一台发电机,它把人类带入电气时代,是发电机的鼻祖.目前,即使功率为100万千瓦的特大发电机,也是根据法拉第圆盘发电机的基本原理──电磁感应制成的.这个实验的成功给学生学习电磁学带来振憾,对教师的教学和学生理解和掌握电磁感应规律的应用原理很有帮助.原理法拉第圆盘发电机如图1(课本P19 图1-5-2),圆盘分成无数根长度等于半径的铜辐条,在转动圆盘时,经过U形磁铁的磁场的辐条就会做切割磁力线运动,发生电磁感应,产生电动势,辐条与电流表连接成闭合电路,电路中就有电流,实现利用电磁感应发电.改进的思路刚开始我简单地按课本的彩图和法拉第圆盘发电机的介绍,取直径21 cm铜盘,用一个转动手柄带动圆盘在教学U085大磁铁的磁场中转动,试用各种量程的电流表,最后只是在用灵敏电流计时指针微偏转,演示实验结果是学生很难观察到实验效果,很明显原因是产生的电流太小.根据E=112BL2ω、I=E1R.L增大就是增大圆盘在磁场中的有效辐条长度,较难实现,意义不大;那么就依靠通过增大B、ω的方法来实现电流的增大.制作材料黄铜板、有机玻璃板、木板、试管胶塞、导线、各种规格的螺丝若干、角铝、铜管、转动皮带轮轴.制作过程(1)转盘(图2):取材用厚0.6 mm铜板,裁剪出直径21 cm的铜圆盘;另用厚3 mm 的有机玻璃板,裁剪出直径18.5 cm的圆盘.用万能胶将有机玻璃圆盘粘合在铜盘的中心对齐,留出边缘的1.5 cm的铜圆环,中心钻一个0.5 cm孔让0.5 cm的螺丝穿过,用螺母把转盘与螺丝固定好.(2)电刷(图3):用粗导线的铜丝做电刷,先做两个能固定导线位置并能调节伸出长度的固定套管,4×2 cm的铜板,中间用大功率的电铬铁焊接上一个4 cm长的铜管,铜管上钻两个孔,并铰上螺纹让螺丝能旋进,导线从铜管穿进,穿出导线的一端剥出3 cm长的铜丝团成个铜丝饼,调好伸出长度后,可用这两个螺丝固定.两个固定套管各用4个螺丝钉固定在一个21×4 cm长木板上,相距10.5 cm,做成两个电刷.(3)磁场:锯出一块9×6×1.3 cm的木板,中间钻出直径4 cm的圆孔,套入直径4 cm高6.7 cm的塑料管,把U形磁铁的底部扣在管上,保证它的稳定.(4)教具的整体组装:如图4、图5,底板40×24 cm的木板,用试管胶塞做四个脚;先装皮带轮轴,将转盘装到转轴上;电刷的木板用角铝固定在底板,调节导线的铜丝饼一个在铜盘的边缘夹紧上、下面和边缘,另一个电刷顶在转轴的中心; U形磁铁的底部扣在管上,管的高度取于把铜盘尽可多地套入U形磁铁的U形磁场内,整个教具的组装完毕.教具的使用情况如图6,把教具的两根导线的另一端与微安表的正、负接线柱相接就可演示法拉第圆盘发电机发电原理,实验时转动皮带轮使铜盘飞快转动,经过U形磁铁的铜盘辐条做切割磁力线运动,产生感生电动势,经过闭合电路的电流使灵敏电流计的指针达到接近满偏.U形磁铁的磁场方向和转动轮的转速和方向可改变,对实验探究电磁感应的大小和方向与什么因素有关带来方便和可能.从实验效果可见,本教具可见度大、操作简单、结构简单并清晰,实验效果形象、直观、科学、明显,吸引学生,激发学生的兴趣.教具的创新点或改进点(1)磁场:用U-80型对磁极式蹄形强磁铁代替教学U085大磁铁,磁场的磁通量是0.8 T 左右.磁铁的固定靠U形磁铁的底部扣在管上,需改变方向时,只要拿出转个方向就可以,这样给磁场的方向与电磁感应的方向的探究带来方便.(2)圆盘转速快:不用一个转动手柄直接带动圆盘,用一个大轮通过皮带带动圆盘中心轮轴上的小轮转动,转速大大提高.(3)铜盘:铜盘的铜片厚0.6 mm、直径21 cm,自身弹力较大,受力变形后,很难使它恢复回在同一个水平面,转动时电刷与它接触就不能稳定,产生的电流时有时没.解决的方法是用一个厚3 mm、直径18.5 cm的有机玻璃板粘在铜盘的中心,使铜盘保持在同一水平面,以留有边缘的1.3 cm的铜环与电刷接触.使电刷与铜盘转动时的摩擦接触稳定.(4)电刷:用粗导线的铜丝做电刷,取3 cm长的铜丝团成个铜丝饼,一个电刷在铜盘的边缘夹紧上、下面和边缘,另一个电刷顶在转轴的中心,这样的电刷比铜片电刷与铜盘的摩擦接触面大、稳定,产生电流大、持续.。

圆盘发电机原理

圆盘发电机原理圆盘发电机是一种基于磁力感应原理而工作的电力发生装置。

它由一个旋转的圆盘和若干个线圈组成,通过磁场的变化来产生电流。

本文将详细介绍圆盘发电机的工作原理及其应用。

一、工作原理圆盘发电机的工作原理基于法拉第电磁感应定律,即当导体在磁场中运动时,会在导体中产生感应电动势。

利用这一原理,圆盘发电机成功地将机械能转化为电能。

圆盘发电机的核心部件是旋转的圆盘和固定的线圈。

圆盘通常由导电材料制成,并配有永磁体或电磁体作为磁场源。

当圆盘旋转时,它所携带的导电材料在磁场中运动,产生感应电动势。

线圈绕在固定位置,当圆盘旋转时,导电材料切割线圈的磁力线,产生变化的磁通量。

根据法拉第电磁感应定律,磁通量的变化将在线圈中产生感应电流。

二、应用领域圆盘发电机在多个领域有广泛的应用,下面列举其中几个重要的应用领域:1. 风力发电圆盘发电机的一种常见应用是风力发电。

在风力涡轮机中,圆盘发电机通过旋转的涡轮叶片受到风的驱动,进而带动圆盘旋转。

通过磁场感应,圆盘发电机将风能转化为电能,供应给电网或存储在电池中。

2. 水力发电类似于风力发电,圆盘发电机也可以应用在水力发电领域。

在水力涡轮机中,圆盘发电机通过流动水的冲击力驱动涡轮旋转,进而产生电能。

水力发电是一种清洁、可再生的能源,广泛应用于发电厂和小型水电站。

3. 太阳能发电圆盘发电机也可以用于太阳能发电系统中。

在太阳能光伏板中,太阳能通过光伏效应转化为直流电能。

然后,这些直流电能通过适当的电子设备转化为交流电能,供应给家庭或商业用途。

4. 车载发电圆盘发电机还可以应用于车载发电系统中。

通过将圆盘发电机与车辆传动系统相连,通过车辆运动的动力传递给圆盘,从而产生电能。

这种车载发电系统可以为车辆的电路供电,同时还可以充电电池。

总结:圆盘发电机是基于磁力感应原理的电力发生装置。

它通过圆盘的旋转运动,在固定的线圈中产生感应电动势,进而将机械能转化为电能。

圆盘发电机在风力发电、水力发电、太阳能发电、车载发电等领域有广泛的应用。

法拉第圆盘发电机电动势公式

法拉第圆盘发电机电动势公式法拉第圆盘发电机是一种常见的电磁感应发电机,它利用磁场和导体之间的相对运动产生感应电动势。

在这篇文章中,我们将探讨法拉第圆盘发电机的电动势公式及其相关原理。

首先,让我们来了解一下法拉第圆盘发电机的结构。

它由一个旋转的圆盘和一个恒定的磁场构成。

当圆盘以角速度ω绕垂直于磁场方向的轴旋转时,圆盘上的导体就会和磁场产生相对运动,从而在导体中感应出电动势。

根据法拉第电磁感应定律,感应电动势ε的大小与磁场的磁感应强度B、导体在磁场中的运动速度v、导体的长度l以及磁场与导体之间的夹角θ有关。

根据这些因素,可以得出法拉第圆盘发电机的电动势公式如下:ε = B * v * l * sinθ其中,ε表示感应电动势,B表示磁感应强度,v表示导体在磁场中的运动速度,l表示导体的长度,θ表示磁场与导体之间的夹角,sinθ表示夹角θ的正弦值。

从这个公式可以看出,感应电动势与磁感应强度、导体运动速度、导体长度以及磁场与导体之间的夹角都有密切的关系。

当这些因素发生变化时,感应电动势的大小也会相应地发生变化。

另外,根据右手定则,可以确定感应电动势的方向。

当右手握住导体,并且大拇指指向导体运动方向,其他四指指向磁场方向时,手指弯曲的方向即为感应电动势的方向。

除了上述的电动势公式外,还可以通过磁通量的变化率来表示感应电动势。

根据法拉第恒定通量定律,感应电动势ε与磁通量Φ的变化率成正比。

其数学表达式为:ε = -dΦ/dt其中,ε表示感应电动势,dΦ/dt表示磁通量Φ随时间的变化率。

负号表示感应电动势的方向与磁通量的变化方向相反。

通过这两种不同的表达方式,可以更好地理解法拉第圆盘发电机中感应电动势的产生原理及其数学表达。

这些公式和原理不仅在理论上具有重要意义,也在实际工程中有着广泛的应用。

总之,法拉第圆盘发电机的电动势公式是由磁感应强度、导体运动速度、导体长度以及磁场与导体之间的夹角共同决定的。

通过深入理解这些因素之间的关系,可以更好地掌握法拉第圆盘发电机的工作原理和性能特点。

圆盘问题中的闭合回路-德州一中

圆盘问题中的闭合回路高爱虎法拉第(M.Faraday ,1791-1867)于1831年发现的电磁感应现象是科学史上最重要的发现之一,它揭开了电力时代的序幕,对人类社会的发展和进步产生了极为重要的影响.而法拉第对此现象的发现与研究是与其对阿拉果铜盘实验现象的研究和解释密切相关的,而且受阿拉果实验的启发,他发明了最早最原始的圆盘发电机.阿拉果铜盘实验和法拉第圆盘发电机作为物理发展史上的重要实验和仪器,经常出现在课本和考题中.但在用法拉第电磁感应定律解决有关圆盘的电磁感应问题时由于不能正确的选取闭合回路,常常会得到错误的结论。

一、法拉第圆盘发电机人教版高中物理选修3-2第四章第3节《楞次定律》“问题与练习”第7题:1831年10月28日,法拉第在一次会议上展示了他发明的圆盘发电机,如图1.它是利用电磁感应的原理制成的,是人类历史上第一台发电机.据说,在法拉第表演他的发电机时,一位贵妇人问道“法拉第先生,这东西有什么用呢?”法拉第答道:“夫人,一个刚刚出生的婴儿有什么用呢?”图2是这个圆盘发电机的示意图:铜盘安装在水平的铜轴上,它的边缘正好在两磁极之间,两块铜片C 、D 分别与转动轴和铜盘的边缘接触.使铜盘转动,电阻R 中就有电流通过.(1)说明圆盘发电机的原理.(2)圆盘如图示方向转动,请判断通过R 的电流方向.本题解析:(1)如图3所示,圆盘中任意一根半径CD 都在切割磁感线,这半径可以看成一个电源,根据右手定则可以判断,D 点的电势比C 点高,也就是圆盘边缘上的电势比圆心电势高,在CD 之间接上用电器,转动的圆盘就可以为用电器供电.(2)根据右手定则判断,D 点电势比C 点高,所以流过电阻R 的电流自下向上.习题存疑:在磁场不变的情况下,以整个圆盘和回路作为对象来看,其磁通量未发生变化,根据法拉第电磁感应定律t∆∆=φnE ,可知电动势为零,但实际上圆盘产生了电动势并给用电器提供了电能,显然结论和实际是矛盾的.公式t ∆∆=φn E 没有错误,那么是哪里出现了问题? 疑难解答:以整个圆盘和回路作为对象,回路是固定的,圆盘的转动并没有体现出来.要得到正确的结果,所选择的回路必须要能够反映圆盘的运动,即使任意图1图3半径CD 运动.所以应该选择如图4所示的回路C D 'DRC ,即经过一段时间,回路中圆盘边缘上原来与导线接触的点由D 位置转到D '位置,沿着该接触点运动的实际路径连接D 和D ',得到正确回路C D 'DRC .若圆盘的半径为L ,转动的角速度为ω,则由法拉第电磁感应定律得ωφ221t t BL S B E =∆∆=∆∆=.这与应用“导线切割磁感线时的感应电动势BLv E =”求解所得到的结论是一致的.二、阿拉果铜圆盘实验1824年,法国科学家阿拉果(D.F.G.Arago ,1786-1853)做过这样一个实验:将一个铜圆盘装在一根垂直轴上,使其可以自由转动,再在铜圆盘正上方悬吊一根磁针,所用的悬线质地柔软,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,磁针即跟着一起旋转,但时间上稍有滞后;反之,当磁针旋转时,铜盘也跟着旋转,同样在时间上稍有滞后.这个实验就是物理学史上著名的“阿拉果铜盘实验”.阿拉果由于这个发现,获得了1825年英国皇家学会的科普勒奖章.阿拉果铜盘实验拉开了人们对电磁感应现象研究的序幕.2015年全国新课标卷I ,物理试题第19题:1824年,法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”.实验中将一铜圆盘水平放置,在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针,如图5所示.实验中发现,当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时,磁针也随着一起转动起来,但略有滞后.下列说法正确的是A .圆盘上产生了感应电动势B .圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动C .在圆盘转动的过程中,磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化D .圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流,此电流产生的磁场导致磁针转动本题解析:A 项,在圆盘位置,磁针磁场的磁感线为从左到右的曲线,铜圆盘和磁针的相对运动使铜圆盘上沿半径的无数小导体切割磁感线,根据法拉第电磁感应定律,圆盘上产生了感应电动势,故A 项正确.B 项,圆盘上的感应电动势产生感应电流,即涡电流,感应电流产生磁场,使磁针受到该磁场的作用发生偏转,故B 项正确.C 项,根据磁针磁场磁感线分布的特点,同一根磁感线从圆盘左边穿入,从右边穿出,因此磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量一直为零,没有变化,故C 项错误.D 项,圆盘本身不带电荷,因为自由电子带的负电荷和原子核带的正电荷相等,所以圆盘旋转不会形成电流,故D 项错误.综上所述,本题正确答案为AB .习题存疑:小磁针产生的磁场的同一根磁感线从圆盘左边穿入,右边穿出,所以穿过整个圆盘的磁通量一直为零,根据法拉第电磁感应定律t ∆∆=φnE,感应电动势为零.但实验事实表明圆盘产生了电动势图5并形成了涡流,这如何解释?疑难解答:由于对称性,穿过整个圆盘的磁通量始终为零.但对圆盘上的某一区域,只要磁针和圆盘之间有速度差异,该区域的磁通量就一定是变化的.为方便分析,这里用AB 弧对应的一个小扇形区域AOB 作为一个闭合回路(实际上闭合回路比扇形要复杂许多)来说明;同时,按照小磁针磁场特征,用盘中的数字大致描述圆盘不同区域磁场的相对强弱,下穿为正,上穿为负.图6表示t 0时刻圆盘上AOB 区域的磁场强弱情况,图7表示t 1时刻其磁场强弱情况(图6和图7中的上图为侧视图、下图为俯视图).把图6和图7对比,显然该区域的磁通量由正变为负.回路中磁通量发生了变化,因此一定会产生感生电动势,从而在扇形区域产生涡流.圆盘上的其它区域也存在同样的情况,因此整个圆盘上会产生无数复杂的涡流,需要说明的是由于产生的涡流非常复杂,上述扇形并不是涡流边界和流径.可以看出,在运用法拉第电磁感应定律分析圆盘中的电磁感应问题时,应该谨慎选择回路.如果有导体的运动,则回路必须能够反映出导体的运动情况,否则错误地选择回路或者考虑不周容易出现似是而非的问题。

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