磁悬浮系列实验

1、 掌握磁悬浮原理，了解磁悬浮实验设备的工掌握磁悬浮原理，了解磁悬浮实验设备的工作原理和磁悬浮发展的现状及应用前景。作原理和磁悬浮发展的现状及应用前景。 装有支点夹的设备支架，一端装有钕磁铁的装有支点夹的设备支架，一端装有钕磁铁的杠杆，可调质量块，铝盘，不锈钢支撑杆，力传杠杆，可调质量块，铝盘，不锈钢支撑杆，力传感器（感器（CI-6537CI-6537），），力传感器的附件，转动驱动器力传感器的附件，转动驱动器（ME-8955ME-8955），），光门传感器（光门传感器（ME-9204BME-9204B），）， ME- ME-89508950完整转动系统装配附件，完整转动系统装配附件，A A型底

2、座，竖直轴，型底座，竖直轴，有有1010个等距孔的滑轮，质量块与悬架配套附件，个等距孔的滑轮，质量块与悬架配套附件，配有夹子的夹钳滑轮（配有夹子的夹钳滑轮（ME-9448AME-9448A），），直流稳压电直流稳压电源，计算机源，计算机500500型接口，电脑。型接口，电脑。 磁悬浮是一系列技术的通称，它包括借助磁力磁悬浮是一系列技术的通称，它包括借助磁力的方法悬浮、导引与驱动等。磁悬浮技术的基本的方法悬浮、导引与驱动等。磁悬浮技术的基本原理是利用电磁感应效应。当通过一回路所包围原理是利用电磁感应效应。当通过一回路所包围的面积的磁通量（磁感应强度的通量）发生变化的面积的磁通量（磁感应强度的通量

3、）发生变化时，回路中就产生电动势，称为感应电动势。如时，回路中就产生电动势，称为感应电动势。如果回路是闭合的，则回路中就会有电流，称为感果回路是闭合的，则回路中就会有电流，称为感应电流。这就是法拉第电磁感应定律。法拉第将应电流。这就是法拉第电磁感应定律。法拉第将电磁感应的条件概括为：变化的电流；变化电磁感应的条件概括为：变化的电流；变化的磁场；运动的稳恒电流；运动的磁铁；的磁场；运动的稳恒电流；运动的磁铁；在磁场中运动的导体。在磁场中运动的导体。 实验发现，回路中的感应电动势的大小与通过回实验发现，回路中的感应电动势的大小与通过回路中的磁通量的变化率成正比。感应电动势的方向路中的磁通量的变化率

4、成正比。感应电动势的方向由楞次定律决定，即：感应电动势产生的感应电流由楞次定律决定，即：感应电动势产生的感应电流方向，总是使感应电流磁场通过回路的磁通量，阻方向，总是使感应电流磁场通过回路的磁通量，阻碍原磁通量的变化。写成数学表达式为碍原磁通量的变化。写成数学表达式为dtdk 式中，式中， 为通过回路的磁通，为通过回路的磁通，t t为时间，为时间，k k为为比例系数，负号表示方向。采用适当的单位，比比例系数，负号表示方向。采用适当的单位，比例系数为。如果回路是例系数为。如果回路是 匝串联，则磁通量的匝串联，则磁通量的发生变化时，每匝线圈都将产生感应电动势，若发生变化时，每匝线圈都将产生感应电动

5、势，若每匝线圈通过的磁通量相同，则有每匝线圈通过的磁通量相同，则有 NdtNddtdN磁悬浮设备简介磁悬浮设备简介 PASCO EM-8947 PASCO EM-8947磁悬浮设备设计思想是用磁悬浮设备设计思想是用PASCOPASCOME-8950 ME-8950 完全转动系统来学习测量磁悬浮实验系统完全转动系统来学习测量磁悬浮实验系统的提力和拉力。的提力和拉力。 当装上杠杆臂垂直移动时，在铝盘旋转时它会被当装上杠杆臂垂直移动时，在铝盘旋转时它会被牵引提高（提力）；当杠杆臂横向移动时，它会被牵引提高（提力）；当杠杆臂横向移动时，它会被迫按旋转盘旋转的切线方向移动（拉力）。通过本迫按旋转盘旋转的

6、切线方向移动（拉力）。通过本实验设备可以得出以下结论：实验设备可以得出以下结论：（1 1） 提力受盘不同转动速度的影响，可以用质量提力受盘不同转动速度的影响，可以用质量进行测量。进行测量。（2 2） 拉力受盘不同转动速度的影响，可以用质量拉力受盘不同转动速度的影响，可以用质量进行测量。进行测量。 通过研究磁力线扩散到介质中的情况，提力通过研究磁力线扩散到介质中的情况，提力和拉力可以被量化的理解。当磁铁移动穿过介质和拉力可以被量化的理解。当磁铁移动穿过介质时，磁场试图扩散到介质中。如果磁铁移动的足时，磁场试图扩散到介质中。如果磁铁移动的足够快，磁场还不能在介质中渗透很深，因此在磁够快，磁场还不能

7、在介质中渗透很深，因此在磁铁与介质间的紧密磁场产生了一个提力，渗透到铁与介质间的紧密磁场产生了一个提力，渗透到介质中的磁力线由运动的磁铁牵引，牵引磁场的介质中的磁力线由运动的磁铁牵引，牵引磁场的力即等于拉力。力即等于拉力。 2 2操作原理操作原理1 1 掌握电磁感应定律，观察磁悬浮现象和规律。掌握电磁感应定律，观察磁悬浮现象和规律。2 2 定量分析铝盘不同速度对应磁悬浮力的大小，寻定量分析铝盘不同速度对应磁悬浮力的大小，寻 找速度与磁力的对应关系，用数学公式进行拟合。找速度与磁力的对应关系，用数学公式进行拟合。3 3 根据电磁感应现象，提出一种改进现有实验装根据电磁感应现象，提出一种改进现有实

8、验装 置的方案。置的方案。4 4 （选做）在现有装置的基础上，应用磁悬浮原理，（选做）在现有装置的基础上，应用磁悬浮原理， 设计一种磁悬浮力传感器。设计一种磁悬浮力传感器。5 5 （选做）自己查找资料，设计一种观察磁悬浮现（选做）自己查找资料，设计一种观察磁悬浮现 象的实验装置或提出实验装置方案。象的实验装置或提出实验装置方案。 当铝盘当铝盘顺时针方向顺时针方向旋转并逐渐旋转并逐渐加快速度，加快速度，观察杠杆臂观察杠杆臂的提起运动，的提起运动，测量磁悬浮测量磁悬浮浮力浮力 （提力）（提力）与速度的关与速度的关系曲线。系曲线。 改变铝盘的旋转速度，观察平衡杠杆偏离改变铝盘的旋转速度，观察平衡杠杆

9、偏离平衡位置的现象，测量拉力与速度的关系曲线平衡位置的现象，测量拉力与速度的关系曲线并分析。并分析。 安装调整好，启动转动驱动器并逐渐增加旋安装调整好，启动转动驱动器并逐渐增加旋转速度直至杠杆保持水平转速度直至杠杆保持水平 ( (提力等于质量块重力提力等于质量块重力) )，分别记录平衡时的速度和提力，分析实验结果。分别记录平衡时的速度和提力，分析实验结果。 安装调整好，启动转动驱动器，并逐渐增加旋转速度，安装调整好，启动转动驱动器，并逐渐增加旋转速度，使悬吊质量块的平衡杠杆回到平衡位置（拉力等于质量块使悬吊质量块的平衡杠杆回到平衡位置（拉力等于质量块的重力），记录此时旋转速度。多次改变砝码质量并记录的重力），记录此时旋转速度。多次改变砝码质量并记录速度，确定砝码和速度的关系，并分析实验结果。速度，确定砝码和速度的关系，并分析实验结果。 1.1.测量拉力时测量拉力时, ,由于电机不是可逆的由于电机不是可逆的, ,要注意正确安要注意正确安 装实验设备。装实验设备。2.2.输出