电磁感应与磁悬浮实验指导书.ppt

大学物理实验 电磁感应与磁悬浮,【实验目的】 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浮的各种应用设计。,【实验背景及原理】 1831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B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。法拉第在1831年11月向英国皇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：变化的电流；变化的磁场；运动的稳恒电流；运动的磁铁；在磁场中运动的导体。,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的变化。 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率成正比，即,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、驱动和控制等。磁悬浮技术是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体的典型的机电一体化技术(高新技术)。,磁悬浮的主要方式： 电磁吸引悬浮: Electro Magnetic Suspension 永磁斥力悬浮: Permanent Repulsive Suspension 感应斥力悬浮: ElectroDynamics Suspension,【预备问题】 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? 产生磁悬浮的主要方式有那几种？各有什么特点？ 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？ 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？ 铝盘转速与磁悬浮和磁牵引力有什么关系？,【实验仪器】,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。,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。,步进电机将电脉冲转化为角位移，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）,步进电机控制器,电磁感应与磁悬浮综合实验仪,单位为牛顿,测力前应使读数回零,实验时避免两个磁铁相互影响,测力的方向,力传感器和永磁体应根据实验内容进行装配,拧紧,【实验内容】,1、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,*频率从最小测到最大，每个频率测量三组数据,如何使牵引力更大?,2、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,* 磁铁铝盘两层垫片的距离,* 频率从最小测到最大，每个频率测量三组数据,3、测量铝盘不同转速对轴承转速的影响,如何使轴承转速更稳定？,每个频率测量六组数据,4、（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,*利用卡尺测量垫片厚度,1.安装力传感器和永磁体时，注意检查磁体与铝盘是否有摩擦，摩擦可能导致永磁体飞出，造成伤人事故！,【注意事项】,2.传感器支持杆松动下滑，会导致永磁体飞出，立柱上的固定螺丝一定要拧紧！,3.轴承附带的磁铁不要取下,【数据和结果分析】 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。 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