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1、磁悬浮实验讲义实验6-5 电磁感应与磁悬浮力 实验目的、意义和要求 电磁学之所以迅速发展为物理学中的一个重要学科，在于它的强大生命力，在于它在经济生活中有丰富的回报率。电磁感应原理不但在传统的电机工程、变压器效应、无线通讯等领域中独领风骚，在现代医学、现代交通、信息产业等领域中也有许多应用。 本实验就是要通过一些电磁感应现象的揭示，悟出其中的原理和奥妙，并研究它的现象和磁力对各种材料的影响，探讨其在现实生活中的应用和发展，这对电磁感应从理论到实际的联系，对电磁感应的成因，性质、效应和规律的理解，都有很大的收益。 黄铜的电导率和磁导率分别为 s = 1.5 107 (S/m) 和 m0 = 4p
2、 10-7 (H/m) 趋腹深度(穿透深度)为 d=2sw0m0=2-5=2.7210 (cm) 79-71.5102p2.29104p10实验前应回答的问题 1.什么是电磁感应？其产生的电流、电动势和电磁场如何定义？ 解答通过闭合回路所包围面积的磁通量发生变化时，回路中产生电流的现象叫电磁感应。由电磁感应产生的电动势称感生电动势，由电磁感应产生的电流称感生电流。电磁场是一种物理场，是相互依存的电场和磁场的总称。电流随时间变化而引起磁场，磁场随时间变化产生电场，二者互为因果，形成电磁场。 2.楞次定律说明了什么？此实验中电能可能转化为何种能量？ 解答是确定感生电流方向的定律，即感生电流的方向，
3、总是使其产生的磁场阻碍原来磁场的变化。在此实验中电能有可能转化为热能和机械能等。 3.什么叫磁力？它和安培定律有什么关系？ 解答磁力也称为安培力它表述通电导线在磁场中受力的情况，其公式为FBILsina。a为磁场方向与电流方向的夹角B为磁感应强度，I为导线中的电流，L为导线长度。作用力F的方向可用左手定则确定。此公式也可称为安培定律。 4.说明磁场强度及其对电流的关系？ 解答磁场强度是描写磁介质中磁场的一个辅助量。磁介质中的磁场不仅与磁介质中的磁化电流有关，更和场源的电流有关，磁场强度定义为。 。 5.变压器和电磁感应有什么联系？其原理是什么？ 解答变压器是利用电磁感应原理来改变电压和电流的一
4、种电气设备，其原理为原线圈和付线圈中感生电动势之比等于它们的匝数之比，即。 6.什么叫电阻率？它在电磁感应中起了什么作用？ 解答停 电阻率是表征物质导电性能的物理量，它是随温度变化而变化的。电阻率和电阻成正比，而导体内电阻的大小直接影响了电磁感应中感生电流的大小，从而影响电磁感应的效果。 7.什么叫电磁铁？什么叫磁化? 它们都有什么作用？ 解答利用电流使磁芯磁化的装置叫电磁铁。它是软磁材料制成的铁芯和激磁线圈共同组成。而使原来不带磁的物体在磁场中获得磁性的过程叫磁化，最容易磁化的物质是铁磁物质。变化的磁场产生的电场称为感应电场。 实验室可提供的主要器材 1.由上海大学电子设备厂生产的电磁感应实
5、验仪一台，主要器件有线圈和软铁棒，组成如图1所示。 图 1 电磁感应仪 图 2 电磁感应电源面板接线 2.MSU1电磁感应电源一台，面板接线如图2所示。 3.小铝环2只，等厚但外径较小的小铝环1只。 4.小铜环2只相同的情况下，这3个环在软铁棒上所处的高度却不一样。 提示这三个环在软铁棒上所处的位置从高到低依次为纯铜环铝环黄铜环。 2.用电子天平称出上述三个小环的重量 , 用游标卡尺测量它们的体积，找出它们上升高度不同的原因。 提示三个环的重量从重到轻依次为纯铜环黄铜环铝环。它们的体积经测量相等。上升高度不同的原因是材料的电阻率不一样，例如在18C时纯铜为0.0168106m ；铝为0.027
6、106m ；黄铜为0.0656m。虽然3个小环都有重力，但在此实验中显然已不起主导作用了，起主导作用的是安培力。 3.用小的软铁环套在MSU1电磁感应实验仪的软铁棒上，重复实验内容1的操作，会发现小的软铁环几乎是粘在软铁棒上，用手将其套在软铁棒的任意高度处，都会被软铁棒吸住，这是为什么？ 提示这是软铁环被磁化的原因。 4.用塑料环和有缝隙的小铝环做上述实验，会发现什么现象？有缝隙的小铝环焊上 1 根铜线会有什么变化？ 提示塑料环由于电阻率极大，有的不能产生电磁感应现象，本实验必须用碳钢。 偏心量逐渐扩大 的原因是靠近 软铁棒 处的磁场强，产生的吸引力也更大。 实验报告要求 1.写明本实验的目的和意义。 2.阐述实验的基本原理，设计思路和研究过程。 3.记下所用的仪器，材料的规格或型号数量等。 4.记录实验的全过程，包括实验步骤，各种实验现象和数据。 5.分析实验结果，讨论实验中出现的各种问题，以及在现实生活中的应用。 6.得出实验结果并提出改进意见。
