1、電磁跳環(huán)演示實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)原理 1、電磁感應(yīng)：當(dāng)通過(guò)回路的磁通量發(fā)生改變時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，若回路閉合，則會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，且產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)滿足法拉第電磁感應(yīng)定律。2、法拉第電磁感應(yīng)定律：回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與通過(guò)該回路的磁通量的時(shí)間變化率成正比，即。對(duì)于導(dǎo)體回路是N匝線圈，定義全磁通：,其中為通過(guò)線圈第匝的磁通量。對(duì)于各匝線圈磁通量相同的特別情形，則有。3、楞次定律：感應(yīng)電流的效果總是反抗引起感應(yīng)電流的原因。4、安培定律：通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中會(huì)受到力的作用，滿足。5、麥克斯韋的渦旋電場(chǎng)理論：隨時(shí)間變換的磁場(chǎng)在其周?chē)a(chǎn)生電場(chǎng)，并且感應(yīng)電場(chǎng)的環(huán)流不為零，而等于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即。實(shí)驗(yàn)器

2、材1臺(tái)電磁跳環(huán)演示儀（接交流電源），2個(gè)相同的封閉小鋁環(huán)（記為A環(huán)）、1個(gè)鉆有許多小孔的封閉小鋁環(huán)（B環(huán)）、1個(gè)開(kāi)口小鋁環(huán)（C環(huán)）、一個(gè)封閉的小塑料環(huán)(D環(huán))、一個(gè)大鋁環(huán)（E環(huán)），一個(gè)連有小燈泡的線圈。右圖為本實(shí)驗(yàn)所用的電磁跳環(huán)演示儀。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一、普通實(shí)驗(yàn)1、分別將1個(gè)封閉的小鋁環(huán)（A環(huán)）、鉆有許多小孔的小鋁環(huán)（B環(huán)）、開(kāi)口的小鋁環(huán)（C環(huán)）和小塑料環(huán)（D環(huán)）放入電磁跳環(huán)演示儀中，接通電源，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。現(xiàn)象：A環(huán)和B環(huán)向上跳起，C環(huán)和D環(huán)不動(dòng)。解釋?zhuān)河捎贏環(huán)和B環(huán)是封閉的導(dǎo)體鋁環(huán)，當(dāng)接通電磁跳環(huán)演示儀的電源時(shí)，通電線圈瞬間產(chǎn)生磁場(chǎng)，使穿過(guò)鋁環(huán)的磁通量瞬間增大，由電磁感應(yīng)定律和楞次定律可知，鋁環(huán)

3、將產(chǎn)生感應(yīng)電流激發(fā)反向磁場(chǎng)來(lái)“抵抗”磁通量的增加，在由安培定律可判斷出鋁環(huán)受到向上的安培力（其值遠(yuǎn)大于鋁環(huán)自身的重力）作用，因而往上跳。然而，由于C環(huán)是開(kāi)口的，因而其形不成閉合回路，也就不會(huì)有感應(yīng)電流的產(chǎn)生，故不受安培力的作用，C環(huán)由于自身的重力作用仍處在臺(tái)面上。D環(huán)由于不是導(dǎo)體，自然也就不會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，故不受安培力作用，仍處在臺(tái)面上。2、將1個(gè)A環(huán)放入電磁跳環(huán)演示儀中，接通電源，待A環(huán)穩(wěn)定在半空中時(shí)，再用手拿著大鋁環(huán)（E環(huán)），緩緩套入演示儀中直到與穩(wěn)定的A環(huán)處在同一平面（近似），而后將E環(huán)較慢地向上（或向下）運(yùn)動(dòng)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?，F(xiàn)象：A環(huán)“跟隨”E環(huán)向上（或向下）運(yùn)動(dòng)。解釋?zhuān)涸贓環(huán)靠近A

4、環(huán)的過(guò)程中，E環(huán)已經(jīng)由于電磁感應(yīng)而產(chǎn)生了感應(yīng)電流，其感應(yīng)電流又會(huì)激發(fā)磁場(chǎng)來(lái)影響A環(huán)。由楞次定律和安培定律可知，當(dāng)E環(huán)向上（或向下）運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)使通過(guò)A環(huán)的磁通量發(fā)生變化，經(jīng)過(guò)判斷可知A環(huán)受到向上（或向下）的安培力作用，因而“跟隨”E環(huán)一起向上（或向下）運(yùn)動(dòng)。3、將1個(gè)A環(huán)放入電磁跳環(huán)演示儀中，接通電源，待A環(huán)穩(wěn)定在半空中時(shí)，再用手拿著另一個(gè)A環(huán)緩緩套入演示儀中，逐漸接近穩(wěn)定的A環(huán)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。現(xiàn)象：在兩個(gè)A環(huán)考得比較近的時(shí)候，穩(wěn)定的A環(huán)突然向上運(yùn)動(dòng)，最終與另一個(gè)A環(huán)粘在一起。解釋?zhuān)河甥溈怂鬼f渦旋電場(chǎng)理論可知，接交流電源的線圈產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，當(dāng)兩個(gè)A環(huán)分別放入電磁跳環(huán)演示儀的時(shí)候，它們都會(huì)被磁化

5、而產(chǎn)生渦旋電場(chǎng)，并且其感應(yīng)電流的方向相同。由安培定律可知，電流方向相同的兩個(gè)小鋁環(huán)會(huì)互相吸引，由于在比較接近的時(shí)候，它們之間的吸引力大于自身重力，因此穩(wěn)定的A環(huán)向上運(yùn)動(dòng)，并最終與另一個(gè)A環(huán)粘在一起。4、將連有小燈泡的線圈放入電磁跳環(huán)演示儀中，接通電源，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?，F(xiàn)象：小燈泡發(fā)光。解釋?zhuān)河甥溈怂鬼f渦旋電場(chǎng)理論可知，接交流電源的線圈產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，而變化的磁場(chǎng)則在其周?chē)a(chǎn)生電場(chǎng)，當(dāng)連有小燈泡的線圈放入演示儀時(shí)，線圈就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，因而小燈泡發(fā)光。二、比較實(shí)驗(yàn)1、分別將1個(gè)封閉的小鋁環(huán)（A環(huán)）和1個(gè)鉆有許多小孔的小鋁環(huán)（B環(huán)）放在電磁跳環(huán)演示儀中，接通電源，兩個(gè)小鋁環(huán)均向上跳起，到達(dá)的最大高度

6、分別為、，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，比較、的大小。現(xiàn)象：。解釋1：由麥克斯韋的渦旋電場(chǎng)理論可知，接通交流電源后的電磁跳環(huán)演示儀產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)在其周?chē)a(chǎn)生渦旋電場(chǎng)。由于A環(huán)沒(méi)有小孔而B(niǎo)環(huán)鉆有許多小孔，這樣可以認(rèn)為A環(huán)中的渦旋電流的“環(huán)數(shù)”多于B環(huán)，再根據(jù)安培定律可判斷A環(huán)受到的安培斥力比較大，因此A環(huán)上跳的最大高度大于B環(huán)，即。解釋2: 由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，。由于A環(huán)沒(méi)有小孔而B(niǎo)環(huán)鉆有許多小孔，這樣穿過(guò)A環(huán)的凈磁通量大于穿過(guò)B環(huán)的凈磁通量,因此當(dāng)電流變化而引起磁場(chǎng)變化時(shí)，將會(huì)有,而交流電的變化頻率相同，即,故。再根據(jù)安培定律就可判斷出A環(huán)受到的安培斥力比較大，因此A環(huán)上跳的最大高度大于B環(huán)

7、，即。2、將1個(gè)封閉的小鋁環(huán)（A環(huán)）放在電磁跳環(huán)演示儀中，接通電源，A環(huán)向上跳起到達(dá)的最大高度分別為；將1個(gè)鉆有許多小孔的小鋁環(huán)（B環(huán)）和1個(gè)封閉的小鋁環(huán)（A環(huán)）一起放在電磁跳環(huán)演示儀中，接通電源，兩個(gè)小鋁環(huán)粘在一起向上跳起，到達(dá)的最大高度分別為，將1個(gè)鉆有許多小孔的小鋁環(huán)（B環(huán)）和2個(gè)封閉的小鋁環(huán)（A環(huán)）一起放在電磁跳環(huán)演示儀中，接通電源，三個(gè)小鋁環(huán)粘在一起向上跳起，到達(dá)的最大高度分別為,觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，比較、和的大小?，F(xiàn)象：。解釋1:將1個(gè)小鋁環(huán)近似看成1匝線圈（不知道是否可以？），將2個(gè)或3個(gè)鋁環(huán)疊在一起看成是2匝或3匝線圈，即將所有疊在一起的鋁環(huán)看成一個(gè)整體，認(rèn)為它們之間也有感應(yīng)電流經(jīng)過(guò)

8、。這樣，由法拉第電磁感應(yīng)定律可知：，再由安培定律可得每匝線圈（不是所有整體）所受的安培斥力有，由于實(shí)驗(yàn)所用的電磁跳環(huán)演示儀非常光滑，所以忽略摩擦阻力。因此，由牛頓第二定律可知：。解釋2：將所有疊在一起的鋁環(huán)看成一個(gè)整體，但認(rèn)為它們之間彼此絕緣，沒(méi)有感應(yīng)電流經(jīng)過(guò)。由于小鋁環(huán)很薄，故近似認(rèn)為上下放置時(shí)受力不受影響。這樣鋁環(huán)疊在一起時(shí)與單獨(dú)放置時(shí)，單個(gè)相同鋁環(huán)的受力不變，假設(shè)A環(huán)所受安培力為,B環(huán)為,則1個(gè)A環(huán)和B環(huán)整體受力為,2個(gè)A環(huán)和1個(gè)B環(huán)整體受力為，在整個(gè)過(guò)程中，我們認(rèn)為摩擦阻力近似不變（不知道是否合理？），假設(shè)每個(gè)小鋁環(huán)的質(zhì)量均為m(只是為了簡(jiǎn)化計(jì)算，無(wú)實(shí)質(zhì)影響)。因此，。因?yàn)橹恢?，而沒(méi)

9、有其它條件及相關(guān)的定量關(guān)系，故只能判斷出，至于與的關(guān)系則無(wú)法判斷。所以該理論只能解釋?zhuān)粢琅c的關(guān)系，則有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。以上兩種不同的解釋都對(duì)實(shí)驗(yàn)的一些方面做了假設(shè)，故其正確與否有待通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步檢驗(yàn)。三、檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1、將1個(gè)封閉的小鋁環(huán)（A環(huán)）放在電磁跳環(huán)演示儀中，接通電源，A環(huán)向上跳起到達(dá)的最大高度分別為；將1個(gè)開(kāi)口的小鋁環(huán)（C環(huán)）和1個(gè)封閉的小鋁環(huán)（A環(huán)）用細(xì)小的透明膠粘在一起【注：（1）透明膠粘在小鋁環(huán)的外沿，因此認(rèn)為它不改變摩擦力；（2）透明膠足夠細(xì)小，因此認(rèn)為它基本不影響整體的重力?！糠旁陔姶盘h(huán)演示儀中，接通電源，兩個(gè)小鋁環(huán)粘在一起向上跳起，到達(dá)的最大高度分別為。根據(jù)解釋1的說(shuō)法，它們之間有感應(yīng)電流經(jīng)過(guò)，1個(gè)A環(huán)看成1匝線圈，1個(gè)A環(huán)和1個(gè)C環(huán)構(gòu)成的整體可以看成兩個(gè)線圈，因此通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如果，則說(shuō)明解釋1合理，否則解釋1不合理。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：。檢驗(yàn)結(jié)果：由于實(shí)驗(yàn)結(jié)果與解釋1不符，因此解釋1的說(shuō)法不合理。但是此實(shí)驗(yàn)并不能說(shuō)明解釋2是合理的。實(shí)際上，由于試驗(yàn)中的電磁跳環(huán)演示儀和小鋁環(huán)內(nèi)表面都十分光滑，它們之間的摩擦力是很小的，相比于安培斥力理論上應(yīng)該是可以忽略的。然而，要精確檢驗(yàn)解釋2是否合理，則要通過(guò)進(jìn)一步的定量實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)總結(jié)1、電磁跳環(huán)演示實(shí)驗(yàn)涉及到了電磁感應(yīng)原理、法拉第電磁