电磁学演示试验研究Word文档格式.docx

电磁学演示试验研究Word文档格式.docx

《电磁学演示试验研究Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电磁学演示试验研究Word文档格式.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

　　2．带孔铝环的演示

　　把闭合铝环取下，将带孔的铝环套入铁棒内按动操作开关。

当操作开关接通时，则带孔的铝环也向上跳起，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，带孔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，带孔的铝环落下。

这是由于带孔的铝环产生的感生电流没有闭合铝环大，所以带孔的铝环没有闭合铝环跳的高。

　　3．开口铝环的演示

　　把带孔的铝环取下，将开口铝环套入铁棒内按动操作开关。

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。

3．演示完毕后，关闭楞次定律演示仪电源。

注意事项：

不要长时间按动操作开关，以免使线圈过热而损坏。

安培力演示

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方向与磁场和电流的方向三者之间的关系，即验证左手定则。

图1安培力演示仪

在图1中，①为马蹄形永磁铁，它是由高强度钕铁硼材料制成。

②是将马蹄形电磁铁固定在竖直支柱上的顶丝。

③是带动马蹄形永磁铁沿水平方向左右移动的滑块。

④是双道滑轨。

⑤是载流直导体。

⑥是导轨，它用来支承载流直导体受力移动。

⑦是通电接线柱。

⑧是底座。

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，安培力的大小与方向由下式表示：

可见，力、电流和磁场三者成右手法则。

当然，也可以用左手定则来确定安培力的方向。

即：

伸直左手，使大拇指与其余四指相垂直，磁场穿过手心，让四指指向导体中通电电流的方向，则大拇指的方向就是磁场对电流作用力的方向，即导体所受的安培力的方向。

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方向。

3．改变电流流通的方向（电源后面板的红色开关），此时，载流铜棒将在导轨上沿相反方向滑动。

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。

1．电路中电阻非常小，因而接通直流电源时间要短，否则电流过大会损坏电源。

2．导轨要保持清洁，以便载流铜棒在导轨上无阻力的移动。

电磁感应现象演示

演示几种最基本的电磁感应现象，理解和掌握电磁感应定律。

图1

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。

若回路闭合，则会有电流，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

（1）

式中，

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方向的规定，可以确定回路中感应电流的方向。

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（B）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。

（2）

第二类：

导体或导体回路不动，磁场（B）随时间变化，即

变化，在这种情况下，出现的感应电动势称为感生电动势。

（3）

1．按照图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方向发生偏转。

如将条形磁铁反方向插入，则表头向相反方向偏转。

多次重复，注意观察示教电表指针偏转方向。

3．把电源正负极与2号线圈连接起来，打开电源，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．在第三步的基础上，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，并与无铁芯时比较分析。

可多次重复。

5．将2号线圈的直流电源正负极交换，重复3或4的过程，表头偏转方向是否与上述过程偏转方向相反，为什么？

6．先把电源关闭，将软铁棒插入2号线圈并一起放入1号线圈内。

这时再打开电源，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。

1．线圈为有机玻璃骨架，切勿掉地，否则摔坏。

2．直流电压不能过高，否则将烧坏2号线圈，电压最高不得超过30V，连续通电不能超过30分

汤姆逊电磁铁

该仪器是利用温差电流的磁效应而制成的，它可通过换向滑轮利用衔铁可吸住2公斤的砝码不致拉脱，温差越大，挂的法码就越多。

　　由两种不同的金属材料（或半导体）组成的一个闭合回路，使两个接点保持在不同的温度下，可以发现，闭合回路中有电流通过，这种现象叫做温差电现象。

1、将酒精灯和盛水的烧杯分别放在左、右两支柱的托板上，使电磁铁弯曲部分浸入烧杯的水中，酒精灯的外层火焰接近电磁铁的水平部分。

2、将砝码放在砝码托上，待酒精灯加热约十五分钟后，用手上托砝码托使衔铁与U型电磁铁两极靠近，衔铁即可被吸住。

3、演示完毕后，熄灭酒精灯，由于温差电耦的冷端和热端的温度不能很快趋于平衡，电耦中仍有相当大的温差电流，因此衔铁仍会被紧紧吸住直至温度趋于平衡。

讨论与思考：

1. 

温差电技术的应用有哪些？

是否可以解决能源匮乏的问题？

2.太阳能和地热能是新能源体系的主要组成部分，它们无污染，而且可以认为是无匮缺的长期资源。

太阳能利用最为方便的形式是集热，通过集热后产生的温差即可用于发电。

试讨论利用置于屋顶的铜板吸收太阳能集热升温与环境之间的温差发电带动轴流风机引导屋顶空气自然对流从而达到给屋顶降温的效果。

演示通电、断电自感现象，了解产生自感的原因。

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。

理论计算表明

式中

称为自感系数（电感）。

由式

（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2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。

图2

1．通电自感现象

首先将K1、K2断开，再接通交流电源，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。

1．因为演示板背后电源变压器的初级电压为~220V，切勿触摸，防止触电。

2．演示仪不能承受剧烈震动，防止将灯泡震坏。

互感演示

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。

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。

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；

再将不闭合的金属环套入，则铝环不动。

为什么？

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。

电磁阻尼摆

　　演示涡电流的机械效应。

图2-27-1

　　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，将在金属块内引起涡旋状的感生电流，把这种电流称为涡电流。

　　在图2-27-1所示的实验装置中，当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，也将在金属摆内出现涡电流。

　　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则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，很快地停止下来，这种阻尼起源于电磁感应，故称电磁阻尼。

　　若将图中的金属摆制成有许多隔槽的，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止下来。

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。

　　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2-27-1所示接好。

　　2．打开稳压电源电源开关，先不要打开稳压电源的“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止下来（不考虑阻力）。

　　3．再打开稳压电源的“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，阻尼摆会迅速停止下来，说明了两极间有很强的磁阻尼。

解释现象。

　　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