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1、大学物理实验大学物理实验电磁感应与磁悬浮电磁感应与磁悬浮Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 为调动同学们的学习积极性，充分发挥物为调动同学们的学习积极性，充分发挥物理实验理实验BBS,BBS,促进教学的作用，登录促进教学的作用，登录BBSBBS发言、讨发言、讨论有奖励加分，每个实验最高可加论有奖励加分，每个实验最高可加1010分。分。地址：地址：http:/218.199.86.171/bbshttp:
2、/218.199.86.171/bbsEvaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.【实验目的】【实验目的】 要求学生用电磁感应的基本定律，研究导要求学生用电磁感应的基本定律，研究导体在磁场中运动而导致的磁悬浮力、磁牵引力体在磁场中运动而导致的磁悬浮力、磁牵引力等磁悬浮现象的规律性，通过数据拟合给出经等磁悬浮现象的规律性，通过数据拟合给出经验公式，学会灵活运用电磁感应定律进行磁悬验公式，学会灵活运用电磁感应定律进行
3、磁悬浮的各种应用设计。浮的各种应用设计。 Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.【实验背景及原理】【实验背景及原理】 18311831年，英国科学家法拉第从实验中发现，当年，英国科学家法拉第从实验中发现，当通过一闭合回路所包围的面积的磁通量（磁感应强度通过一闭合回路所包围的面积的磁通量（磁感应强度B B的通量）发生变化时，回路中就产生电流，这种电流的通量）发生变化时，回路中就产生电流，这种电流称之为感应电流
4、称之为感应电流 。法拉第在。法拉第在18311831年年1111月月2424日向英国皇日向英国皇家学院报告了电磁学的实验研究的结果，他将电家学院报告了电磁学的实验研究的结果，他将电磁感应的条件概括为：磁感应的条件概括为：变化的电流；变化的电流；变化的磁场；变化的磁场；运动的稳恒电流；运动的稳恒电流；运动的磁铁；运动的磁铁；在磁场中运动在磁场中运动的导体。的导体。 Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.楞次定
5、律楞次定律楞次定律楞次定律：闭合回路中的感应电流方向，总是企图使感应电流闭合回路中的感应电流方向，总是企图使感应电流本身所产生的通过回路面积的磁通量，去反抗引起感应电流的本身所产生的通过回路面积的磁通量，去反抗引起感应电流的磁通量的改变，或者说感应电流产生的磁场总是阻碍原来磁场磁通量的改变，或者说感应电流产生的磁场总是阻碍原来磁场的变化。的变化。法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律：不论任何原因使通过回路面积的磁通量：不论任何原因使通过回路面积的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势与磁通量对时间的变化发生变化时，回路中产生的感应电动势与磁通量对时间的变化
6、率成正比，即率成正比，即Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.u磁悬浮是一系列技术的通称磁悬浮是一系列技术的通称, ,它包括借助它包括借助 磁力的方磁力的方法悬浮、导引、驱动和控制等。法悬浮、导引、驱动和控制等。磁悬浮的主要方式：磁悬浮的主要方式：电磁吸引悬浮电磁吸引悬浮: Electro Magnetic Suspension永磁斥力悬浮永磁斥力悬浮: Permanent Repulsive Suspen
7、sion感应斥力悬浮感应斥力悬浮: ElectroDynamics SuspensionEvaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.【预备问题】1.1.产生电磁感应的条件是什么？产生磁悬浮
8、现象的机理是什么产生电磁感应的条件是什么？产生磁悬浮现象的机理是什么? ?2.2.产生磁悬浮的主要方式有那几种？各有什么特点？产生磁悬浮的主要方式有那几种？各有什么特点？3.3.本实验采用什么方法测量磁悬浮力和牵引力的？若要提高测量本实验采用什么方法测量磁悬浮力和牵引力的？若要提高测量精度应如何改进？精度应如何改进？4.4.本实验采用什么方法测量轴承转速？若要提高测量转速的稳定本实验采用什么方法测量轴承转速？若要提高测量转速的稳定性应如何改进实验装置？性应如何改进实验装置？5.5.铝盘转速与磁悬浮和磁牵引力有什么关系？铝盘转速与磁悬浮和磁牵引力有什么关系？Evaluation only.Cre
9、ated with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.【实验仪器】器】 本实验的基本装置由电磁感应与磁悬浮综合实验仪、力传感器，光电传感器，步进电机、步进电机控制器、铝盘、磁悬浮测试底座和传感器支架、带有小辐轮和永磁体的轴承等组成。对本实验装置，在金属铝盘与永磁体做相对运动时，测量产生的“磁悬浮力”和“磁牵引力”。步进电机控制器步进电机控制器步进电机步进电机铝盘铝盘永磁铁永磁铁力传感器力传感器磁力以及转速测量磁力以及转速测量Evaluation only.Cr
10、eated with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.步进电机可以将电脉冲转步进电机可以将电脉冲转化为角位移，当步进驱动化为角位移，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角的方向转动一个固定的角度（即步进角）度（即步进角）步进电机控制器步进电机控制器 Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Pr
11、ofile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.电磁感应与磁悬浮综合实验仪电磁感应与磁悬浮综合实验仪 单位为牛顿单位为牛顿测力前应使测力前应使读数回零读数回零Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.实验时避免两个磁铁相互影响实验时避免两个磁铁相互影响Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5
12、Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.测力的方向测力的方向力传感器和永磁体应根力传感器和永磁体应根据实验内容进行装配据实验内容进行装配 拧紧拧紧Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.三、实验内容三、实验内容 1.测量铝盘不同转速下磁牵引力的大小。测量铝盘不同转速下磁牵引力的大小。*磁铁铝盘两层垫片的距离。磁铁铝盘两层垫片的距离。*
13、频率从最小测到最大，每个频率测量三组数据。频率从最小测到最大，每个频率测量三组数据。如何使牵如何使牵引力更大引力更大? ?Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.2.2.测量铝盘不同转速下磁悬浮力的大小。测量铝盘不同转速下磁悬浮力的大小。* 根据磁悬浮力的方向重新装配力传感器和永磁体根据磁悬浮力的方向重新装配力传感器和永磁体 * 磁铁铝盘两层垫片的距离。磁铁铝盘两层垫片的距离。*频率从最小测到最大，每个频率测
14、量三组数据。频率从最小测到最大，每个频率测量三组数据。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.3. 3. 测量铝盘不同转速对轴承转速的影响。测量铝盘不同转速对轴承转速的影响。如何使轴承转如何使轴承转速更稳定？速更稳定？每个频率测量每个频率测量六组数据六组数据 Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0
15、.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.4 4、（选做）分析磁牵引力与悬浮力随距离的变化规律、（选做）分析磁牵引力与悬浮力随距离的变化规律 *利用标准塑料垫片改变磁铁和铝盘的距离，利用标准塑料垫片改变磁铁和铝盘的距离，*利用卡尺测量垫片厚度。利用卡尺测量垫片厚度。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.1. 1. 在安装力传感器和永磁体时，在安装力传感器和永磁体时，要注意检
16、查磁要注意检查磁体与铝盘是否有摩擦，体与铝盘是否有摩擦，摩擦可能导致永磁体飞出摩擦可能导致永磁体飞出，造成伤人事故！，造成伤人事故！【注意事项】【注意事项】Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.2. 2. 传感器支持杆松动下滑，会导致永磁体飞传感器支持杆松动下滑，会导致永磁体飞出，出，立柱上的固定螺丝一定要拧紧！立柱上的固定螺丝一定要拧紧！Evaluation only.Created with Aspos
17、e.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.3 3、轴承附带的磁铁不要取下、轴承附带的磁铁不要取下Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.【数据和【数据和结果分析】果分析】1.1.用多项式拟合不同转速与磁牵引力的依赖关系，确定其函数用多项式拟合不同转速与磁牵引力的依赖关系，确定其函数形式和相关系
18、数。形式和相关系数。2.2.用多项式拟合不同转速与磁悬浮力的依赖关系，确定其函数用多项式拟合不同转速与磁悬浮力的依赖关系，确定其函数形式和相关系数。形式和相关系数。3.3.用多项式拟合拟合铝盘不同转速对轴承转速的依赖关系，确用多项式拟合拟合铝盘不同转速对轴承转速的依赖关系，确定其函数形式和相关系数，计算其传动比。定其函数形式和相关系数，计算其传动比。4.4.拟合磁悬浮力拟合磁悬浮力, ,磁牵引力随距离改变的变化规律。磁牵引力随距离改变的变化规律。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.
19、0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.步步进电机机频率率（HzHz）角速度角速度=频率率x1.8x2 /(16x360)转速速=角速度角速度x60/2 (转/分分钟)磁磁悬浮力（牛浮力（牛顿）平均平均值（牛（牛顿）200002000039.253753750.0780.0780.0800.0800.0810.0810.079667210052100541.22231393.84373393.843730.0860.0860.0870.0870.0870.0870.086667220082200843.1907412.65412.650.0930.0930
20、.0950.0950.0950.0950.094333230042300445.14535431.325431.3250.10.10.1020.1020.1030.1030.101667240152401547.12944450.28127450.281270.1090.1090.110.110.1110.1110.11250342503449.12923469.38755469.387550.1170.1170.1180.1180.1190.1190.118260062600651.03678487.61255487.612550.1250.1250.1260.1260.1270.1270.
21、126270062700652.99928506.36255506.362550.1340.1340.1350.1350.1360.1360.135280332803355.01476525.61873525.618730.1430.1430.1440.1440.1450.1450.144290262902656.96353544.23755544.237550.1520.1520.1530.1530.1540.1540.153300313003158.93584563.08127563.081270.1620.1620.1620.1620.1640.1640.162667铝盘转速与磁悬浮力的
22、关系（永磁体与铝盘尽量接近）铝盘转速与磁悬浮力的关系（永磁体与铝盘尽量接近） Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.磁悬浮力和磁牵引力随离铝盘高度的变化关系（选做）磁悬浮力和磁牵引力随离铝盘高度的变化关系（选做） Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
