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1、实验十 磁阻尼和动摩擦系数的测定【实验目的】1观测磁阻尼现象。2学习测量磁阻尼和动摩擦系数的方法。3进一步了解磁阻尼系数、动摩擦系数的概念。【实验原理】1磁阻尼现象当大块金属与磁场有相对运动或处在变化磁场中时，会产生电磁感应现象，在金属块内会激起感应电流，由楞次定律可以判定，感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因，因此金属块的运动要受到与运动方向相反的阻力即感应电流受到的磁场安培力作用。感应电流产生的机械效应即为磁阻尼现象。2磁阻尼系数和动摩擦系数的测定原理磁性滑块在非铁磁质良导体斜面上匀速下滑时，滑块受的阻力除滑动摩擦力 FS 外，还有磁阻尼力 FB 。设磁性滑块在斜面处产生的磁感应强度为
2、 B；滑块与斜面接触的截面不变，其线度为 l 。当滑块以匀速率 v 下滑时，可看作斜面相对于滑块向上运动而切割磁感应线。由电磁感应定律，在斜面上的切割磁感应线部分将产生电动势 E=Blv，如果把由于磁感应产生的电流流经斜面部分的等效电阻设为 R，则感应电流应与速度 v 成正比，即为 ，此时RBlvI斜面所受到的安培力 F 正比于电流 I，即为 FI 。而滑块受到的磁阻尼力 FB 就是斜面所受安培力 F 的反作用力，方向与滑块运动方向相反。由此推出：F B 应正比于 v，可表达为FB=Kv（K 为常数，将它称为磁阻尼系数） 。因为滑块运动是匀速的，故它在平行于斜面方向应达到力平衡，从而有（10-
3、1 ）cossinWKv式（10-1）中 W 是滑块所受重力， 是斜面与水平面的倾角， 为滑块与斜面间的滑动摩擦系数。若将方程式（10-1）的两边同时除以 ，可得方程（10-2 ）costa显然，tan 和 成线性关系（ ） 。作出 tan - 直线图，可得斜率 a 和cosvyxbcosv截距 bK=aW （10-3 ）=b （10-4 ）【实验仪器】MF-1 磁阻尼和动摩擦系数测定仪、HTM-2 霍尔开关用计时仪、磁性滑块、3 根导线、米尺。将 3M 型透明隐形胶带分别粘于磁性滑块的两滑动面上和铝质斜面上，对其动摩擦系数进行研究。【实验内容及步骤】 将两传感器的 V+、V -和 OUT 接
4、头分别与 HTM-1 计时仪的 5V、GND 和 INPUT 接线柱相接。 调节夹子 M，使斜面具有某一倾角，调节螺钉 3，使滑块下滑时不往旁边偏离。 测量重垂线和底边的长度，计算倾角的大小。 使滑块从斜面上端开始向下滑动，滑块的蓝色面朝下，滑块不仅受到滑动摩擦力的作用，而且还受到磁阻尼力的作用。 在约 2045的范围内能达到匀速下滑的实验条件，对于同一 值，让滑块从不同的高度滑下，由通过两传感器的时间相同，来说明滑块在 A、B 间的运动是匀速的。图 10-1 MF-1 磁阻 尼和动摩擦系数测定仪和 HTM-2 霍尔开关用计时仪1HTM-2 霍尔开关用计时仪，它由 5V 直流电源和电子计时器组
5、成；2铝质槽形斜面，可通过夹子 M 的上下移动来调节倾角 ，在斜面的反面 A、B 处各装 1 个霍尔开关，用计时仪可测量滑块通过 A、 B 的时间；3调节斜面横向倾角的螺钉，可以防止滑块在下滑过程中靠近某一侧；4重锤，用来确定底边 L 和高 H 的长度，从而得出 并计算 tan 和 cos 的值；5磁性滑块，它是在圆柱形非磁性材料的一个滑动面上粘一薄片磁钢制成的，因而在这一面附近的磁感应强度较强，而另一面由于离磁钢较远，所以它附近的磁感应强度很弱，以至可以忽略不计。为了区别，将强磁场面涂成蓝色，弱磁场面涂成红色。 倾角不变，使滑块从不同高度 c1，c 2，等处滑下，记录滑块通过 A、B 两点的
6、时间。求取平均值。 测量 A、B 两点间的距离，计算滑块下滑速度。 改变倾角 ，按以上步骤再次测量。 测量滑块质量 m 。 作出 tan - 直线图，由此图求出斜率 a、截距 b。根据式（3） 、 （4）计算磁cosv阻尼系数 K 和滑动摩擦系数 。 用最小二乘法进行数据处理，计算磁阻尼系数 K 和滑动摩擦系数 。【数据记录】斜面的倾角 滑块从不同高度下滑通过 A、B 两点间的时间 T（s）L（m ） H（m） （） C1 C2 C3 C4 C5 （ s）AB 距 S= 滑块质量 m=【数据处理】序号 （） （s）Ty=tan cos V（m/s） x=Vcosx2 xy12345平均值 【注
7、意事项】 按实验示意图连接导线后，接通 HTM-2 霍尔开关计时仪的电源，在滑块下滑前按一下计时仪的 RESET 键，复零计时数。 滑块接触导轨面的磁性为 N 极，在滑块滑到第一个对应导轨下面的霍尔开关位置时，会使霍尔开关传感器输出低电平，计时仪上相应的指示灯发光，计时仪开始计时；在滑块再滑到第二个对应导轨下面的霍尔开关位置时，霍尔开关传感器输出低电平，计时仪上相应的指示灯发光，计时仪停止计时，并保持所计的时间到按 RESET 键前。若滑块接触导轨面的磁性为 S 极，不会使霍尔开关传感器输出低电平，计时仪不计时。 由于滑动摩擦系数与接触表面有关，务请实验前用柔软的纸仔细擦拭实验导轨和实验滑块。请留意湿度和灰尘对滑动摩擦的影响。【思考题】1磁阻尼系数的大小与哪些因素有关？
