大学物理演示实验—电磁学.doc

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1、. .实验五十五 安培力【实验目的】观察载流直导体，在磁场中受力的情况，验证载流直导体在磁场中受力的向与磁场和电流的向三者之间的关系，即验证左手定那么。【实验器材】安培力演示仪，如图55-1所示。图 55-1图55-1中，为马蹄形永磁铁，它是由高强度钕铁硼材料制成。是将马蹄形电磁铁固定在竖直支柱上的顶丝。是带动马蹄形永磁铁沿水平向左右移动的滑块。是双道滑轨。是载流直导体。是导轨，它用来支承载流直导体受力移动。是通电接线柱。是底座。【实验原理】通电导体在磁场中，会受到磁场力的作用，称为安培力。实验发现，对直导线，安培力的大小与向由下式表示：可见，力、电流和磁场三者成右手法那么。当然，也可以用左手

2、定那么来确定安培力的向。即：伸直右手，使大拇指与其余四指相垂直，磁场穿过手心，让四指指向导体电电流的向，那么大拇指的向就是磁场对电流作用力的向，即导体所受的安培力的向。【实验操作与现象】1将载流直导体铜棒水平放在支承导轨上，并调节其水平位置，使铜棒在马蹄形磁铁的磁场中间。2接通电源并观察载流直导体铜棒在导轨上滑动的向。3改变电流流通的向电源后面板的红色开关，此时，载流铜棒将在导轨上沿相反向滑动。4通过底座导轨的滑块移动马蹄形磁铁，使磁场相对载流铜棒移动，可以观察到载流铜棒也跟着一起运动。【本卷须知】 1电路中电阻非常小，因而接通直流电源时间要短，否那么电流过大会损坏电源。2导轨要保持清洁，以便

3、载流铜棒在导轨上无阻力的移动。实验五十六 洛仑兹力【实验目的】演示洛仑兹力的存在，加深对洛仑兹力的理解。【实验器材】磁环稀硫酸铜溶液小泡沫电源开关换向开关直流电源、投影仪、洛仑兹力投影实验器材、和自制小块泡沫，如图56-1所示。其中电源输入电压为交流220V，输出直流为30W；洛仑兹力投影实验器材由磁缸、玻璃皿支架、中心电极和外环铜片电极组成。磁环磁场强度为800高斯。图 56-1【实验原理】图 56-2磁场对运动电荷的作用力称为洛仑兹力。设在磁场中，一带电量为的粒子，以速度运动，如图56-2所示。磁场对该带电粒子作用的洛仑兹力为 56-1那么的大小为 56-2的向始终垂直于和组成的平面，当时

4、，与同向；当时，与反向。由于垂直于，洛仑兹力不改变带电粒子的速度大小，只改变速度的向；当由于垂直于时，带电粒子将在垂直于的平面作匀速率圆运动。有 56-3由式56-3可得带电粒子圆运动的回转半径 56-4【实验操作与现象】1将洛仑兹力投影实验装置放在投影仪上，在玻璃皿中参加一定量的稀硫酸铜溶液。2翻开投影仪电源开关，调整投影成象透镜的位置，使硫酸铜液体平面成像在幕上。3用连接线将直流电源与洛仑兹力投影实验装置准确无误接好。翻开直流电源开关，可以看到液体开场以圆心为轴旋转，此时，在液面上放一小块泡沫，观察到液体流动推动泡沫块环向运动，这种现象说明运动电荷在磁场中受到力的作用，这种力称为洛仑兹力。

5、4使用直流电源换向开关可改变电流向，再观察液体流动的向是否也改变了？为什么？5如有可能，改变磁场向，液体流动的向也将改变。【本卷须知】1参加稀硫酸铜溶液要小心，不要太快，以免溅出来，伤着自己。2实验完毕后，将外环电极冲洗干净，防止腐蚀实验设备。实验五十七 电磁感应现象【实验目的】演示几种最根本的电磁感应现象，理解和掌握电磁感应定律。【实验器材】1号线圈，均匀绕在径55mm，长95 mm的骨架上。2号线圈，绕在长85 mm，径20 mm的骨架上。条形磁铁，为铝铁炭材料，长170 mm，宽20 mm，厚10 mm，磁场强度8001000GS。软铁棒是13 mm130 mm低炭钢材料。24V直流电源

6、自配，最大电流为1.5A。示教电表1个。连接线假设干。NE图 57-1【实验原理】由于通过线圈回路的磁通量随时间变化而在回路中出现电动势的现象称为电磁感应现象。假设回路闭合，那么会有电流，线圈回路中出现的电流称为感应电流。法拉第电磁感应定律 57-1式57-1中，为线圈匝数，为通过单匝线圈的磁通量，负号是楞次定律的反映。由此负号在结合回路正向的规定，可以确定回路中感应电流的向。由知，其中任一量变化，都可能会引起变化。它们又可以归结为两类：第一类：磁场不变，导体或导体回路作切割磁力线运动，即变化，引起变化。在这种情况下，出现的感应电动势称为动生电动势。 57-2 第二类：导体或导体回路不动，磁场

7、随时间变化，即变化，引起变化，在这种情况下，出现的感应电动势称为感生电动势。 57-3【实验操作与现象】1按照图57-1所示，正确连线。2将1号线圈接入示教电表的“M接线端子上，将条形磁铁插入线圈后，示教电表即可向一个向发生偏转。如将条形磁铁反向插入，那么表头向相反向偏转。屡次重复，注意观察示教电表指针偏转向。 3把电源正负极与2号线圈连接起来，翻开电源，调到适当电压，如15伏左右。再将通电后的2号线圈替代条形磁铁，插入1号线圈，观察表头是否发生偏转？偏转大小与不通电时比较并分析。 4在第三步的根底上，把软铁棒插入通电后的2号线圈里，然后一起再插入1号线圈。仔细观察表头发生偏转的现象，并与无铁

8、芯时比较分析。可屡次重复。 5将2号线圈的直流电源正负极交换，重复3或4的过程，表头偏转向是否与上述过程偏转向相反，为什么？可屡次重复。 6先把电源关闭，将软铁棒插入2号线圈并一起放入1号线圈。这时再翻开电源，看到表头指针发生偏转后回到零位，关闭电源时，表头指针反向偏转后回到零位。可屡次重复。【本卷须知】1线圈为有机玻璃骨架，切勿掉地，否那么摔坏。2直流电压不能过高，否那么将烧坏2号线圈，电压最高不得超过30V，连续通电不能超过30分钟。实验五十八 电磁波的发射、接收与趋肤效应【实验目的】1演示电磁波的根本特性及其发射、接收原理，使学生加深对交变电磁场的认识，以及对电磁波的发射与接收过程的理解

9、。 2利用电磁波的电场，用较粗的铜棒做导线演示趋肤效应，使学生更形象地理解此物理现象。【实验器材】实验装置如图58-1所示。图a为发射机，图b为半波振子接收天线，图c为环形接收天线，图d为氖泡棒，图e为趋肤效应演示天仪。ABDCGHJ图a 图b图c 图d 图e图 58-11.发射机如图a所示，A为发射电源，输入电压为220V，50Hz交流，输入功率为85W，输出直流为600V，交流为6.3V。 B为高压开关，C为电源开关。D为交流电压表。发射管F为中功率电子管，采用自激推挽振荡。发射天线H与振荡回路G直接藕合，发射波长约为150cm。发射天线是一条长为74cm的直铜管，在发射机的尾部放一反射天

10、线J，它是一根长为78cm的直铜管。2半波振子接收天线图b由两根拉杆天线组成，中间装有6.3V的小电珠，调节其长度可改变它的固有频率。3在环形接收天线图c上装有6.3V小电珠和微调电容器，用绝缘起子调整微调电容器改变其频率，以演示发射天线上的电流振幅与磁场向。4氖泡棒图d是在一根绝缘棒的顶端装有氖泡，以演示发射天线的电压振幅。5趋肤效应演示仪图e的两个小电珠分别连在铜棒表层和芯处，在同一频率交流电下，铜棒表层电流密度大，层电流密度小。因此，把该仪器平行放在发射天线附近时与表层连接的小电珠亮，而与层连接的不亮。【实验原理】(一)电磁波的发射 1电流随时间作期性变化的现象叫电磁振荡。能产生电磁振荡

11、的电路叫振荡电路。电路是等振幅的电磁振荡。随着时间变化的电场和磁场相互激发，将电磁振荡向空间传播开去，便形成电磁波。2振荡电路辐射电磁波的三个条件1电路必须开放，使电场能量和磁场能量尽可能向空间开放。2由平均辐射功率知，振荡频率必须足够高，才能保证能量的有效发射。3必须不断提供能量，补偿电感的耗能和辐射能，保证等振幅振荡的实现。 3改造振荡电路为振荡电偶极子，实现上述三个条件，便能有效的向空间辐射电磁波。 4电磁波的性质1电磁波是横波，具有多普勒效应和偏振现象。2电矢量垂直于磁矢量且垂直于传播向，并且传播速度沿的向。3振动和振动同相位。4和的振幅值成比例：。真空中有 58-1 5电磁波在真空中

12、的传播速度 58-2 5电磁波的能流密度矢量坡印廷矢量 58-3(二)趋肤效应图 58-2如图58-2所示。当流过导线的电流是交变电流时，导线外出现交变磁场，因此在导线产生涡电流。设某时刻通过导线的电流正在增大，导线产生的涡电流向如图58-2所示，靠近导线中心的涡电流的向与原电流的向相反，而在导线外表附近涡电流的向与原电流的向一样，结果是导线外表附近的电流密度较大，形成电流趋向于沿导线外表流动。这种现象称为趋肤效应。 实验说明，交变电流的频率越高，趋肤效应越显著。在频率很高时，如10MHz，电流绝大局部集中在导线外表附近，在这种情况下，根据此原理，可使用空心导体代替实心导体，即节省材料，有可减

13、轻重量。【实验操作与现象】1检查发射机上的电子管是否固定好，接收天线上小电珠是否完好，拉杆天线接头处的螺钉是否拧紧。 2关闭高压开关图a中B，接通电源图a中C，预热5分钟，待发射管烧热后即可进展演示。 3演示电磁波接收及电磁共振。将半波振子接收天线移到正对发射天线50cm左右，使接收天线与发射天线平行，接通高压开关，接收天线上的小电珠发亮。将接收天线拉长或缩短改变接收天线的固有频率，接收天线上的小电珠就变暗或熄灭，只有当接收天线为某一长度时，小电珠最亮，因为此时接收天线的固有频率与接收的电磁波频率一样，产生共振。 4演示电磁波的电场向。保持半波振子接收天线与发射天线距离为50cm左右，接收天线

14、长度为共振时长度。将半波振子接收天线绕接收天线轴心转动360，可以观察到只有当接收天线与发射天线平行时，小电珠最亮，由此可以确定电磁波的电场向。演示完毕，关闭高压开关。 5演示电磁波的磁场向。翻开高压开关，手持环形接收天线到离发射天线20cm左右，使其水平，用绝缘起子调整环形接收天线的微调电容器，使环形天线上的小电珠到达最亮。把环形天线沿发射天线一端移向另一端，发现中央最亮两端不亮，这是由于发射天线的长度是发射电磁波的半波长，两端为电流为波节，中央为电流波腹磁场最强。转动环形天线的平面，当水平放置时，小电珠到达最亮，由此定出电磁波的磁场向，与上面演示相比较就可以使同学形象地看到电磁场波的电场与

15、磁场是互相垂直的。同时还可以加深对磁通概念的认识。演示完毕，关闭高压开关。 6演示发射天线的电压振幅。翻开高压开关，将氖泡棒的氖泡靠在发射天线上，由一端移至另一端，由于半波长发射天线中的电流与电压相位差约为/2，两端电压最大为波腹，中部电压为零是波节，氖泡在高频电压过低时就不激发氖气发光，因此氖泡在天线两端最亮，当靠近中部时就熄灭了。在发射振荡回路，可以看到类似的现象。演示完毕，关闭高压开关。 7演示趋肤效应。翻开趋肤效应演示仪，接通直流电路，可见两个小电珠同时亮且亮度一样，此时无趋肤效应。关闭趋肤效应演示仪，翻开高压开关，并把该演示仪平行放在距离发射天线约50cm处，可发现两端与铜棒外层连接

16、的小电珠发亮，而两端与芯处连接的小电珠不亮。 8关闭高压开关，关闭电源开关，取下220V电源插头。【本卷须知】 1使用此仪器时，要先翻开电源开关，后翻开高压开关，关闭时，先关闭高压开关，后关闭电源开关。2翻开高压前，要将配套的接收天线，氖泡棒等远离发射机，以防翻开高压后烧毁小电珠。实验五十九 交流发电机原理【实验目的】通过演示发电机的工作原理，理解和掌握法拉第电磁感应定律。【实验器材】手摇发电机，2.3伏指示灯，如图59-1所示。线圈磁铁电极指示灯手摇把图 59-1【实验原理】 在均匀磁场中，有一平面线圈，面积为，线圈匝数是。时，线圈平面与垂直。假设让线圈以角速度作切割磁线转动，如图59-2所

17、示。那么在绕垂直于磁场的轴 时刻时，通过单匝线圈的磁通量 59-1图 59-2 根据法拉第电磁感应定律，此时刻线圈中的感应电动势是 59-2令 ，那么有 59-3 式59-3中的称为交流电动势。假设线圈回路中电阻为，那么有 59-4式59-4中的称为交流电流。【实验操作与现象】 摇动发电机，看到灯泡发出闪光，假设加快摇动的速度，闪光逐渐变成连续，并且亮度逐渐增加。这是由于转速越快，单位时间的磁通量变化越大，因而感生电动势越大，灯泡亦越亮。实验六十 趋肤效应【实验目的】 演示趋肤效应现象。【实验器材】 趋肤效应演示仪，小灯泡两只6-8伏。0.5安，实验装置如图60-1所示。中心指示灯外表指示灯频

18、率指示灯高低频率选钮电源指示灯电源开关图 60-1【实验原理】 在直流电路中，均匀导体横截面上的电流密度是均匀的。但当交流电流通过导体时，随着频率的增加，在导体横截面上的电流分布越来越向导体外表集中，所以，接在导体表皮上的小灯泡比接在导体中间的小灯泡要亮的多，这种现象就叫做趋肤效应。【实验操作与现象】 1先将上下频率开关打到低频档。2接通电源，看到此时支架上的两个小指示灯一样亮。3再将上下频率开关打到高频档，注意观察此时支架上的两个小灯泡亮度明显不同。这现象即显示高频电路导体中间与外表电流密度分布不一样。4实验后，关闭电源。【本卷须知】1 实验完毕后，注意把上下频率开关打到低频档上。实验六十一

19、 电磁阻尼摆【实验目的】观察金属摆在交变电场中，由于涡流的存在而受到的阻尼。【实验器材】 电磁阻尼摆演示仪，220伏交流电源，如图61-1所示。图 61-1【实验原理】 在线圈未加电时，电磁铁没有被励磁，所以，摆动不受阻碍。但当线圈通有交流电时，电磁铁被励磁，由于摆动使穿过摆的磁通量发生改变，在金属摆产生感应电流即涡流。由楞次定律知道，涡流的效果是对抗引起涡流的原因，所以，金属摆因受到阻力而很快停顿。【实验操作与现象】 1在未通电时，观察金属摆是否能自由地摆动忽略机械损耗和空气阻力。 2接通交流电源，再观察金属摆摆动的情况，是否很快就停了下来？【本卷须知】1由于线圈直接接在交流220伏上，因此

20、，不能长时间通电，观察完现象，要及时把电源插头拔下。实验六十二 涡电流效应-感应炉【实验目的】观察在交变电流的作用下，感应环形成涡流，发热使感应环蜡的熔化现象。【实验器材】初级线圈，铁芯，感应环，蜡，如图62-1所示。初级线圈铁芯感应环 图 62-1【实验原理】处在交变磁场中的金属块，由于受变化磁场产生的感生电动势作用，将在金属块引起涡旋状的感应电流，称为涡旋电流简称涡流。由于金属块的电阻很小，涡流可以到达非常大的程度。强大的涡流会产生大量的焦耳热，这就是感应加热的原理。感应加热广泛用于有色金属和特种合金的冶炼、焊接及真空技术面。然而在很多情况下，涡流发热却是有害的。例如变压器和电机的铁芯，由

21、于处于交变磁场中，铁芯会因涡流而发热，不仅浪费了电能，而且发热会使铁芯温度升高引起导线绝缘性能下降，甚至造成事故。为此，常用增大铁芯的电阻来减小涡电流，如把铁芯做成层状，用薄层的绝缘材料如绝缘漆把各层铁芯隔开。【实验操作与现象】将初级线圈接220V电源并插入铁芯，然后将感应环套入铁芯，在环槽放入少量的蜡，过约半分钟，蜡即由于涡流所产生的热而被熔化。【本卷须知】1 由于初级线圈功耗较大，故不能长时间通电，观察到实验现象后，即关闭电源。2 实验完毕后，不要触摸感应环，以免烫伤。实验六十三互感现象【实验目的】观察一通有交变电流的线圈对另一线圈的互感效应及铁芯在电磁感应中所起的作用。【实验器材】初级线

22、圈，铁芯，带灯泡的感应线圈，金属圆环闭合、不闭合，如图63-1所示。初级线圈铁芯带灯泡的感应线圈图 63-1【实验原理】 当一个线圈中的电流发生变化时，不仅在自身线圈中产生自感电动势，同时在邻近的其它线圈中还产生感应电动势。这种由于一个线圈中电流发生变化而在附近的另外一个线圈中产生感应电动势的现象叫做互感现象。这种感应电动势叫做互感电动势。【实验操作与现象】1将初级线圈接上电源220V ，50Hz的交流电，在没有铁芯时，将带灯泡的感应线圈接近初级线圈，发现灯泡几乎不亮。然后将铁芯插入初级线圈，再把带灯泡的感应线圈移近初级线圈，看到灯泡发亮。2将铝制闭合金属环套入铁芯中，观察到铝环向上运动；再将

23、不闭合的金属环套入，那么铝环不动。为什么？【本卷须知】由于初级线圈功耗较大，故不能长时间通电，观察到实验现象后，即关闭电源。实验六十四 比照式楞次定律【实验目的】利用磁铁和同样大小的铝块，在闭合和有开口的金属管自里运动，演示楞茨定律，可加深同学对这局部容的理解。【实验器材】1三根比较用的铝管，它是由A、B、C三根长一米，截面为2520mm的形铝管构成，其中B管的四个侧面、交织裁有长200mm的细窄缝、在三个管的最下端正侧面开有高100mm，宽25mm的长形。如图64-1所示。2钕铁硼材料制成的磁体两块，为222228mm的长体磁体E，一样大小的铝块F。如图64-1右边图所示。DABCEF图 6

24、4-1图64-1中，A，C为形铝管，B是开缝铝管，D为底座，E是钕铁硼磁块，F是铝块。【实验原理】磁铁块在导体管下落，导管中产生感生电流。根据楞茨定律可知，感生电流总是对抗引起感生电流的原因，因此下落磁铁块将不断地受到磁力的阻碍作用，而缓慢下降。铝块在导体铝管下落过程中，导体管中没有感生电流产生，所以不受电磁阻尼的作用，而以重力加速度匀加速快速下落，管壁的摩擦力和空气阻力很小忽略。【实验操作与现象】1左手持磁铁块E，右手持铝块F，分别从A、C见图64-1两铝管的上端口，同时释放。从A、C两铝管下端开口处，观察磁铁块和铝块下落的情况，并注意比较磁铁块与铝块的下落先后。2两手持一样的磁铁块分别从A

25、、B两铝管的上端口同时释放。同样，从A、B两铝管下端开口处，观察磁铁块和铝块下落的情况，将看到A管中的磁铁块如同1中所述的情况一样，缓慢地下落，B管中的磁铁块沿开有缝隙的铝管B中快速下落。这是由于B管中产生的感生电流很小，受到的电磁阻尼也小，所以快速地先于A管中的磁铁块下降到下端开口处。【本卷须知】1演示所用的两块磁铁为NdFeB材料制成，磁性很强，切勿将两块磁铁靠近或吸合在一起，以免撞碎磁铁或夹坏手。2由于实验器材全部采用铝合金构造，切勿磕碰、防止构造变形，影响实验效果。实验六十五 跳环式楞次定律【实验目的】利用通电线圈及线圈的铁芯所产生的变化磁场与铝环的相互作用，演示楞次定律。【实验器材】

26、楞次定律演示仪，铝环3个。如图65-1所示。铁芯线圈底座操作开关电源开关图 65-1开口环闭合环带孔环【实验原理】当线圈通有电流时，在铁芯中产生交变磁场，穿过闭合的铝环中的磁通量发生变化。根据楞次定律，套在铁芯中的铝环将产生感生电流，感生电流的向与线圈中的电流向相反。因此与原线圈相斥，相斥的电磁力使得铝环上跳。【实验操作与现象】1闭合铝环的演示翻开演示仪电源开关，将闭合铝环套入铁棒按动操作开关。当操作开关接通时，那么闭合铝环高高跳起，保持操作开关接通状态不变，闭合铝环那么保持一定高度，悬在铁棒中央。断开操作开关时，闭合铝环落下。2带铝环的演示把闭合铝环取下，将带的铝环套入铁棒按动操作开关。当操

27、作开关接通时，那么带的铝环也向上跳起，但跳起的高度没有闭合铝环高。保持操作开关接通状态不变，带的铝环也保持一定高度，悬在铁棒中央某一位置，但还是没有闭合铝环悬的高。断开操作开关时，带的铝环落下。这是由于带的铝环产生的感生电流没有闭合铝环大，所以带的铝环没有闭合铝环跳的高。3开口铝环的演示把带的铝环取下，将开口铝环套入铁棒按动操作开关。当操作开关接通时，开口铝环静止不动。这是由于开口铝环没有形成闭合回路，无感生电流，没有受到电磁力的作用，故静止不动。4演示完毕后，关闭楞次定律演示仪电源。【本卷须知】不要长时间按动操作开关，以免使线圈过热而损坏。阻尼摆与非阻尼摆【实验目的】 演示涡电流的机械效应。

28、【实验器材】阻尼摆与非阻尼摆演示仪，如图66-1所示。其中直流电源接线柱；矩形磁轭，作用是当线圈有直流电源时，可在磁轭两极缝隙中间产生很强的磁场；支撑架；摆架；非阻尼摆；横梁；阻尼摆；线圈；底座。直流稳压电源。【实验原理】 处在交变电磁场中的金属块，由于受变化电磁场产生的感生电动势作用，将在金属块引起涡旋状的感生电流，把这种电流称为涡电流。 在图66-1所示的实验装置中，但金属摆在两磁极间摆动时，由于受切割磁力线运动产生的动生电动势的作用，也将在金属摆出现涡电流。根据安培定律，当金属摆进入磁场时，磁场对环状电流的上、下两段的作用力之和为零；对环状电流的左、右两段的作用力的合力起阻碍金属摆块摆进

29、的作用。当金属块摆出磁场时，磁场对环状电流的左、右两段的作用力的合力那么起阻碍金属摆块摆出的作用。因此，金属摆总是受到一个阻尼力的作用，就像在某种粘滞介质中摆动一样，很快地停顿下来，这种阻尼起源于电磁感应，故称电磁阻尼。假设将图66-1中的金属摆制成有多隔槽的，使得涡流大为减小，从而对金属摆的阻尼作用变的不明显，金属摆在两磁极间要摆动较长时间才会停顿下来。 电磁阻尼摆在各种仪表中被广泛应用，电气机车和电车中的电磁制动器就是根据此原理而制造的。【实验操作与现象】图 66-1 1把稳压电源输出的正负极连接到阻尼摆与非阻尼摆演示仪的直流电源接线柱，阻尼摆按图66-1所示接好。2翻开稳压电源电源开关，

30、先不要翻开稳压电源的“输出开关，即不通励磁电流，让阻尼摆在两极间作自由摆动，可观察到阻尼摆经过相当长的时间才停顿下来不考虑阻力。 3再翻开稳压电源的“输出开关，电压指示为28伏，此时在磁轭两极间产生很强的磁场。当阻尼摆在两极间前后摆动时，阻尼摆会迅速停顿下来，说明了两极间有很强的磁阻尼。解释现象。 4将带有间隙的类似梳子的非阻尼摆代替阻尼摆作上述2和3的实验，可以观察到不管通电与否，其摆动都要经过较长的时间才停顿下来。为什么？ 【本卷须知】 1操作前应把矩形磁轭和支撑架调整到位，确保摆动顺畅。 2注意不要长时间通电，以免烧坏线圈。实验六十七 通电、断电自感现象【实验目的】演示通电、断电自感现象

31、，了解产生自感的原因。【实验器材】通电、断电自感演示仪。【实验原理】线圈中电流发生改变时，通过自身回路的磁通量发生变化，从而产生自感电动势。理论计算说明 67-1式中称为自感系数电感。 由式67-1可知，在通电时，因为自感作用使的电流缓慢增加。当在断电瞬间，因为相当大，从而产生一个相当高的自感电动势。实验原理图如67-1所示， 220V交流电压经变压器降压、桥式全波整流电容滤波之后输出直流电源E。由于通电的一瞬间、电感L会产生一个自感电动势。同样，断电的瞬间，电感L也会产生一个自感电动势。LL2L1K2K1+E220伏图 67-1【实验操作与现象】1通电自感现象首先将K1、K2断开，再接通交流

32、电源，按下K1开关，同时观察灯泡L1和L2亮的顺序。可看到当K1接通的瞬间， 灯泡L1先亮，灯泡L2滞后L1才亮。这是由于K1接通瞬间，L1直接并接在电源E上，所以接通后，它马上就亮；而L2是与电感L串联之后才并接在电源上的，电感L会产生一个自感电动势，使得L2滞后于L1。这就充分说明了通电时的自感现象。为了看的清楚可以反复将K1接通和断开。2断电自感现象 将K1、K2断开，接通交流电源，按下K1开关，此时灯泡L1和L2都亮着，可顺便观察通电自感现象。将K2合上，即将L2短路，再把K1断开，即断开直流电源E，同时注意观察。可以发现在断电的瞬间，L1突然亮了一下，比正常通电时还亮，这就是断电自感

33、现象。由于，断电的瞬间，电感L也会产生一个自感电动势，并通过L1放电，使得L1发光。为了观察清楚，可以反复将K1通断。【本卷须知】1因为演示板背后电源变压器初级为220V，切勿触摸，防止触电。 2演示仪不能承受剧烈振动，防止将灯泡振坏。实验六十八 磁聚焦实验【实验目的】演示运动电荷在磁场中受到的洛仑兹力和磁场对电子束的聚用。【实验器材】线圈电源插座灰度调节位移调节示波管聚焦线圈磁场开关电源开关示波管，聚焦线圈，磁场开关，电源开关，灰度调节，位移调节，线圈电源插座。其中电源电压交流220V，示波管采用8SJ31J示波管，其加速电压为1100V，外型尺寸400280260mm。如图68-1所示。

34、图 68-1【实验原理】如图68-2所示，当带电粒子沿与磁场成角向以速度斜向进入磁场时，磁场对其的分运动作用，使之在垂直的平面作匀速率圆运动，磁场对的分运动无作用，粒子在沿向上作匀速直线运动。结果带电粒子沿向作螺旋线运动。图 68-2带电粒子的盘旋半径： 68-1带电粒子的盘旋期： 68-2带电粒子的螺距： 68-3从式68-2可知，带电粒子的盘旋期与速度大小无关。图 68-3设有多速度大小一样、向各异的带电粒子组成的带电粒子束从点出发，如图68-3所示。因为带电粒子的盘旋期与带电粒子的速度无关，所以，所有带电粒子将同时回到所在的那条母线上。又由于各带电粒子速度向各异即不同，其各不一样，因此在

35、同一时间，它们沿母线前进的距离不等，即这些粒子不能会聚于点。但当带电各粒子的角均很小时，。那么从出发的带电各粒子将在时间前进一样距离 68-4而会聚于点。此即“磁聚焦。电子显微镜中的“磁透镜就是根据此原理而制成的。【实验操作与现象】1翻开电源开关，预热3分钟，在示波管显示屏上出现电子束光斑。记住光斑形状。2调节灰度及位移旋钮，使光斑位于显示屏中央且灰度适中。3翻开聚焦线圈磁场开关，那么观察到在线圈的磁场作用下，电子束光斑会聚于显示屏中间一点，并与关闭磁场开关时的电子束光斑比较。4移动聚焦磁场线圈，仔细观察，可以看到，电子束的螺旋轨迹和光斑会聚过程。5关闭聚焦线圈电源即关闭磁场开关，外加一永久磁

36、铁，将会观察到电子束在洛仑兹力的作用下产生偏转的现象。【本卷须知】 1在演示磁聚焦时，注意不要有外磁场的影响。2线圈电源翻开时间不易过长，以免线圈过热烧毁。3示波管比较娇贵，注意保护，防止受到硬物的撞击。实验六十九 磁滞回线【实验目的】1学习与了解铁磁质的磁滞特性。 2由示波器观察铁磁质的磁滞回线。【实验器材】TH-MHC型磁滞回线实验仪，示波器。【实验原理】铁磁材料除了具有高的磁导率外，另一重要的磁性特点就是磁滞。设铁磁性材料已沿起始磁化曲线磁化到饱和，磁化开场饱和时的磁感应强度值用表示。如果在到达饱和状态之后使减小，这时的值也要减小，但不沿原来的曲线下降，而是沿着上一条曲线段下降，对应的值

37、比原先的值大，说明铁磁质磁化过程是不可逆的过程。当 时, 不为零，而是，称为剩余磁感应强度，简称剩磁，这是铁磁质的剩磁现象。要消除剩磁，使铁磁质中的恢复为零，需加反向磁场，反向磁场强度称为矫顽力。继续增加反向磁场 。材料又可被反向磁化到达反向的饱和状态，以后再逐渐减小反向的磁场至零值时，和的关系将沿左下段变化，这时改变线圈中的电流向，即又引入正向磁场。当磁场强度变化一个期后，铁磁质的磁化曲线形成一个闭合曲线，那么形成如图65-1所示的闭合回线。从图65-1中可以看出，磁感应强度值的变化总是落后于磁场强度的变化，这种现象称为磁滞，是铁磁质的重要特性之一，上述闭合曲线常称为磁滞回线。各种不同的铁磁

38、性材料有不同的磁滞回线，主要是磁滞回线的宽、窄不同和矫顽力的大小有别。磁滞回线是介质部磁场强度和磁感应强度的关系曲线。要测定材料的磁滞回线，需要根据磁化过程测定材料部的磁场强度及其相应的磁感应强度，测量过程比较繁复。用示波器显示那么比较简便，只需要把待测的量转换为激磁电流在取样电阻R上的电压，输入到示波器的X轴；把待测量也转换成电流量，并串入适当值的电容C，利用RC积分电路进展积分，最后取电容C两端的电压输入到示波器Y轴，那么可得到铁磁材料磁滞回线的图形。图69-1 磁滞回线【实验操作与现象】1电路连接：在实验仪上选定一个样品，按实验仪机箱上所给定的电路图连接线路，把R1选择调到2.5，U选择

39、调节到0，UH和UB分别连接到示波器的通道1CH1 X和通道2CH2 Y端子。插为公共。将示波器的TIME/DIV旋钮反时针旋到底X-Y档。2样品退磁：开启实验仪电源，对试样品进展退磁。即顺时针转动“U选择旋钮，令U从0增加到3V，然后再反时针向转动，将U从最大值3V减到0，目的是消除剩磁，使测试样品处于磁中性状态，即。3、观察磁滞回线：翻开示波器电源，适当调节光点的亮度INTEN和聚焦FOCUS，使光点清晰，同时调节光点的水平位置和CH2的垂直位置，使光点位于坐标网格的中心。令U=2.2V，分别适当调节CH1和CH2的灵敏度VOLTS/DIV使显示屏上出现大小适当的磁滞回线，假设滞回线顶部出

40、现编织状小环如图上所示，可以适当降低励磁电压予以消除。4观察、比较样品1和样品2的磁滞回线。请注意，在将测试线路从一个样品移向另一个样品时，请关闭测试电源。接入样品后，首先应退磁。实验七十 超导磁悬浮列车【实验目的】 通过利用超导体对永磁体的排斥和吸引的作用，演示磁悬浮和磁倒挂，理解和掌握磁悬浮原理。【实验器材】1超导磁悬浮列车演示仪，如图70-1所示。由二局部组成：磁导轨支架、磁导轨。其中磁导轨是用550 240 3椭圆形低碳钢板作磁轭，按图70-2所示的式铺以18 106 mm的钕铁硼永磁体，形成磁性导轨，两边轨道仅起保证超导体期运动的磁约束作用。2高温超导体，是用熔融构造生长工艺制备的，

41、含Ag的YBacuo系高温超导体。之所以称为高温超导体是因为它在液氮温度77KC-196下呈现出超导性，以区别于以往在液氦温度42K-269以下呈现超导特性的低温材料。样品形状为：圆盘状，直径18 mm 左右，厚度为6 mm ，其临界转变温度为90K左右-。底座立柱椭圆形磁轭定位销钉永磁体磁轨3液氮。图 70-1 实验装置图S极N极图 70-2 磁导轨【实验原理】 当将一个永磁体移近超导体外表时，因为磁力线不能进入超导体，所以在超导体外表形成很大的磁通密度梯度，感应出高临界电流，从而对永磁体产生排斥。排斥力随相对距离的减小而逐渐增大，它可以抑制超导体的重力，使其悬浮在永磁体上的一定高度上。当超导体远离永磁体移动时，在超导体中产生一负的磁通密度，感应出反向的临界电流，对永磁体产生吸力，可以抑制超导体的重力，使其倒挂在永磁体下的某一位置上。【实验操作与现象】1 演