Magnetic train1(1) z

1、2015年11月29日一、问题回顾二、现象展示三、理论分析四、实验方案五、心得体会目录Adventurous Deamers韩彬 劳成昊 张玮玉韩彬 劳成 Adventurous dreamers韩 彬 劳成昊张玮玉一.问题描述 小型圆柱体电池两端附有纽扣磁铁。将这列“火车”置于铜线圈中，使两端的磁铁与线圈接触，“火车”会动。解释现象，研究相关参数如何影响车的速度和功率。 Button magnets are attached to both ends of a small cylindrical battery. When placed in a copper coil such that

2、the magnets contact the coil, this train“ starts to move. Explain the phenomenon and investigate how relevant parameters affect the trains speed and power.二.现象描述A.实验材料 铜线管 电池（1.3-1.5V),磁铁B.实验现象三.理论分析A.小火车运动的电动力学原因 a.通电螺线圈产生磁场 磁铁接触线圈，线圈，磁铁，电池构成闭合回路，螺线管中产生电流通电螺线管产生磁场磁铁处在了磁场边缘。 b.条形磁场的等效模型 条形磁铁等效为通电螺线管

3、三.理论分析A.小火车运动的电动力学原因 c.条形磁铁在非均匀磁场中受到磁场作用的方向由右手螺旋定律决定。 d.关于磁铁与电池的组合方式 当且仅当两磁铁磁极相反放置时，小火车运动。 理论分析8假设将螺线管产生的磁场等效为环形电流产生的磁场叠加9理论分析由毕奥萨伐尔拉普拉斯定律得得在z轴方向的磁感应强度10理论分析、11理论分析12理论分析a.假设磁体的厚度远小于磁场的非均匀度，可将磁体等效为一环形线圈， 对于圆柱形永磁体来说可以用表面的环形电流形成的磁场等效等效电流强度13理论分析b.若考虑磁铁的厚度 则Tpm为厚度14理论分析15理论分析把铜线圈分成两部分等效电路图当小火车速度加快时，磁铁通

4、过单个铜线的时间t=x/v减小，则i减小，产生的磁场变弱B.小火车运动的阻力分析 a.线圈的自感效应会减弱电流，同时会影响磁通，减弱边缘效应。 b.火车与铜丝的摩擦 c.小火车在铜线管内运动时，铜线圈内磁通量变化， 产生电磁阻尼（） d.运动时，磁铁与铜线圈碰撞接触所产生的阻尼。（可等效为弹簧振子的模型） e. 运动时，产生空气阻力等环境限制因素。 f.焦耳热导致电池内阻增大。三.理论分析四.实验设计与优化A.测定小火车的速度（tracker分析）B.测定小火车的功率 磁场力通电螺线管中放一铜块小火车，拉动其运动测定驱动力c.测定摩擦力，空气阻力等 铜线圈内放一铜块小火车，拉动线圈d.验证线圈自感产生的阻力 给铜块小火车一初速度，观察其运动情况对比实验：A.探究电磁阻尼及力学阻尼的影响： a.用磁铁吸附在一圆柱形铁块两端，使其以一定 初速度进入铜线管，记录速度变化情况 b.将铁块与磁铁相连处进行绝缘处理（胶带或热熔胶），使之以同上的初速度进入铜线