华中科技大学大学物理实验-电磁感应与磁悬浮

磁悬浮导轨上的力学实验误差分析作者：李爽周晓红胡永金毛书哲来源：《科技视界》2020年第18期摘要磁悬浮实验套装在一定程度上普及了磁悬浮技术的应用，但是由于仪器设计的自身限制，使得实验误差比较大，文章在分析了引起实验误差的基础上，既对实验指导提出了可行性意见，又在仪器研发的设计上给出了合理的建议。

关键词磁悬浮;DHSY-1型;误差分析;仪器改进中图分类号： P204 ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 文献标识码： ADOI：10.19694/ki.issn2095-2457 . 2020 . 18 . 12随着科技的发展，磁悬浮技术的应用越来越广泛，为了使学生在物理实验学习中了解并掌握磁悬浮技术，我校大学物理实验教学中心引入了磁悬浮实验仪器套装，开设相关的力学实验，取得了一定的教学效果。

但是在实验过程中，也发现该磁悬浮仪器套装在设计上有一定的局限性，在数据测量中存在一定的误差。

1 仪器介绍本实验室采用的磁悬浮仪器套装是DHSY-1型，实验装置如图1所示，有导轨、滑块、光电门、计数器等配件组成，导轨主体部分呈槽轨状。

此仪器套装采用的是最基本的永磁悬浮技术，即在槽轨底部的中心轴线嵌入一层永磁体（钕铁硼NdFeB磁钢），同时在滑块的底部安装同极性的磁钢，形成两组带状磁场，如下图2所示。

滑块与导轨是同极性磁铁，上下之间产生斥力，使滑块浮起来，避免相互接触，从而减少了运动的阻力此外，滑块在导轨槽内滑行，为了减小与两侧挡板摩擦，在滑块的两侧设计有滑轮。

2 误差分析与仪器设计2.1 滑轮与两侧挡板间的摩擦滑块在导轨内运行时，为了保证滑块在运行过程中不发生倾斜，处于稳定状态，必须使其与两侧挡板接触。

虽然在设计滑轮的设计时，它是可以内外伸缩的，滑轮与挡板的动摩擦因数也很小，但是有些同学在实验过程中，不调节滑轮的位置，致使滑轮与挡板密切接触，使得摩擦力增大，滑块上滑轮与导轨位置上方俯瞰图如下图3所示。

2.2 滑块在运行过程中上下浮动由于滑块运行过程中在竖直方向上受到的是重力和磁力的作用，其受力分析示意图如上图4所示。

华中科技大学传感器实验报告系别:自动化学院专业与班级:物流 1104班实验时间:第 11周,星期四,上午学生姓名:吴雅娴学号:U201113759 同组人:龙贲璇实验名称:差动变压器的性能实验一、实验目的:了解差动变压器的工作原理和特性。

二、基本原理:差动变压器的工作原理电磁互感原理。

差动变压器的结构如图6-1所示,由一个一次绕组 1和二个二次绕组 2、 3及一个衔铁 4组成。

差动变压器一、二次绕组间的耦合能随衔铁的移动而变化, 即绕组间的互感随被测位移改变而变化。

由于把二个二次绕组反向串接(*同名端相接 ,以差动电势输出,所以把这种传感器称为差动变压器式电感传感器,通常简称差动变压器。

当差动变压器工作在理想情况下 (忽略涡流损耗、磁滞损耗和分布电容等影响 , 它的等效电路如图 6-2所示。

图中 U1为一次绕组激励电压; M1、 M2分别为一次绕组与两个二次绕组间的互感:L1、 R1分别为一次绕组的电感和有效电阻;L21、 L22分别为两个二次绕组的电感; R21、 R22分别为两个二次绕组的有效电阻。

对于差动变压器, 当衔铁处于中间位置时, 两个二次绕组互感相同, 因而由一次侧激励引起的感应电动势相同。

由于两个二次绕组反向串接, 所以差动输出电动势为零。

当衔铁移向二次绕组 L21,这时互感 M1大, M2小,图 6-1差动变压器的结构示意图图 6-2差动变压器的等效电路图因而二次绕组 L21内感应电动势大于二次绕组 L22内感应电动势, 这时差动输出电动势不为零。

在传感器的量程内,衔铁位移越大,差动输出电动势就越大。

同样道理, 当衔铁向二次绕组 L22一边移动差动输出电动势仍不为零, 但由于移动方向改变, 所以输出电动势反相。

因此通过差动变压器输出电动势的大小和相位可以知道衔铁位移量的大小和方向。

由图 6-2可以看出一次绕组的电流为: 二次绕组的感应动势为:由于二次绕组反向串接,所以输出总电动势为:其有效值为:差动变压器的输出特性曲线如图 6-3所示 . 图中 E21、 E22分别为两个二次绕组的输出感应电动势, E2为差动输出电动势, x 表示衔铁偏离中心位置的距离。

电磁感应与电动机实验应用与原理解析电磁感应与电动机实验是物理学中的重要实验之一，通过实验可以更加深入地理解电磁感应原理与电动机的工作原理。

本文将从实验应用与原理解析两个方面进行论述。

一、实验应用1. 电磁感应实验应用：电磁感应实验是研究电磁学的基础实验之一。

在日常生活中，电磁感应实验具有广泛应用。

例如，发电机的工作原理就是基于电磁感应实验建立的。

通过利用磁场穿过线圈时会诱发电压的原理，发电机将机械能转化为电能，实现了电力的发电与传输。

此外，电磁感应实验还应用于感应炉、磁悬浮列车等领域。

感应炉利用电磁感应产生的涡流来实现加热。

磁悬浮列车则是利用电磁感应原理产生的磁力来实现悬浮与运行。

2. 电动机实验应用：电动机是一种将电能转化为机械能的设备。

电动机实验主要用于研究电动机的特性与工作原理。

电动机实验具有广泛的应用领域，例如：家用电器、工业机械、交通工具等。

家用电器中，如洗衣机、空调、电扇等都采用了电动机来驱动。

电动机实验的研究可以帮助我们了解电动机的转动原理，从而提高其效率和使用寿命。

工业生产中，电动机是驱动各种机械设备的重要元件。

通过电动机实验，可以了解到电动机的额定功率、效率、负载特性等参数，为工业生产的合理选型提供依据。

交通工具中，电动汽车依靠电动机来实现驱动。

电动车辆的开发与改进需要通过电动机实验来研究电动机的性能，并提高转速、扭矩和能量转化效率等方面的指标。

二、原理解析1. 电磁感应原理：电磁感应是指导体磁场中发生变化时，会在导体中诱发感应电动势的现象。

根据法拉第电磁感应定律，当闭合电路中的磁通量发生变化时，电路两端会产生感应电动势和感应电流。

电磁感应原理的实验经典案例是用磁铁穿过线圈时，线圈内产生的感应电流可以点亮一个灯泡。

这是因为磁铁的运动改变了线圈中的磁通量，诱发了感应电流，从而推动了电路中的电子流动。

2. 电动机工作原理：电动机是将电能转化为机械能的设备，其工作原理基于电磁感应和洛伦兹力原理。

实验6-5 电磁感应与磁悬浮力实验目的、意义和要求电磁学之所以迅速发展为物理学中的一个重要学科，在于它的强大生命力，在于它在经济生活中有丰富的回报率。

电磁感应原理不但在传统的电机工程、变压器效应、无线通讯等领域中独领风骚，在现代医学、现代交通、信息产业等领域中也有许多应用。

本实验就是要通过一些电磁感应现象的揭示，悟出其中的原理和奥妙，并研究它的现象和磁力对各种材料的影响，探讨其在现实生活中的应用和发展，这对电磁感应从理论到实际的联系，对电磁感应的成因，性质、效应和规律的理解，都有很大的收益。

黄铜的电导率和磁导率分别为σ = 1.5 ⨯ 107 (S/m) 和 μ0 = 4π ⨯ 10-7 (H/m)趋腹深度(穿透深度)为(cm) 1072.21041029.22105.122579700--⨯=⨯π⨯⨯⨯π⨯⨯==μσωδ实验前应回答的问题1.什么是电磁感应？其产生的电流、电动势和电磁场如何定义？解答通过闭合回路所包围面积的磁通量发生变化时，回路中产生电流的现象叫电磁感应。

由电磁感应产生的电动势称感生电动势，由电磁感应产生的电流称感生电流。

电磁场是一种物理场，是相互依存的电场和磁场的总称。

电流随时间变化而引起磁场，磁场随时间变化产生电场，二者互为因果，形成电磁场。

2.楞次定律说明了什么？此实验中电能可能转化为何种能量？解答是确定感生电流方向的定律，即感生电流的方向，总是使其产生的磁场阻碍原来磁场的变化。

在此实验中电能有可能转化为热能和机械能等。

3.什么叫磁力？它和安培定律有什么关系？解答磁力也称为安培力它表述通电导线在磁场中受力的情况，其公式为F ＝BIL sin a 。

a 为磁场方向与电流方向的夹角B 为磁感应强度，I 为导线中的电流，L 为导线长度。

作用力F 的方向可用左手定则确定。

此公式也可称为安培定律。

4.说明磁场强度及其对电流的关系？解答磁场强度是描写磁介质中磁场的一个辅助量。

磁介质中的磁场不仅与磁介质中的磁化电流有关，更和场源的电流有关，磁场强度定义为。

文章编号:1671-637Ⅹ(2005)0420065203磁悬浮球系统中光电传感器的研究与设计杨锋力,　李群明,　黄明辉,　杨安全(中南大学机电工程学院,湖南长沙　410083)摘 要:　主要针对磁悬浮球系统中非接触式位移检测,依据感光器件的光伏效应原理,阐述了非接触式光电传感器的研究与设计,实现了光电信号测量微位移。

通过磁悬浮球实验研究表明该传感器的精度(0.01mm)和响应速度(<0.1ms)均达到预期要求,从而给出了一种方便、低成本的位移检测方法。

关　键　词:　光电传感器;　硅光电池;　非接触测量;　磁悬浮中图分类号:　TP212.13 文献标识码:　AOn photoelectric sensor in magneticlevitation ball systemY ANG Feng-li,LI Qun-ming,H UANG Ming-hui,Y ANG An-quan(College o f Mechanicl&Electrical Engineering,Central South Univer sity,Changsha,410083,China)Abstract:　The auth ors describe their research and design of ph otoelectric sens or according to a ph otoemission principle of the ph otocell,with which micro2distance measurement is realized in the magnetic levitation ball sys2 tem.The ex periment results sh ow that the precision(0.01mm)and quick response(<0.1ms)of this kind of sens or can meet the preset requirements.Thus a low-cost and convenient way for measuring displacement with2 out contact is provided.K ey Words:　photoelectric sens or;　photocell;　non-contact measurement;　magnetic levitation0　前言传感器技术作为控制实现的必要手段,是其他技术所难以替代的。

《大学物理实验》教学大纲课程1、大学物理实验I（大一下，工科类必修28学时，物理类必修32学时）绪论（物理实验的基本程序、基础知识和方法、不确定度评估与数据处理等内容），共4学时（课堂讲授）实验项目共7个，每单元4学时，工科做6个物理实验，物理类做7个物理实验，鼓励所有学生选做综合实验或初级设计性实验，多选自主实验或扩展实验内容。

开设的实验项目名称：（备注：每年选做的实验有5％至20％的更新或内容扩充）1.密立根油滴4学时2.用共振法测量物体的杨氏模量4学时3.居里温度测量4学时4.交流电桥4学时5.光的干涉实验4学时6.激光全息照相4学时7.转动惯量的测定4学时课程2、大学物理实验II（大二上，工科类必修28学时，物理类必修32学时）实验项目共8个，每单元4学时，工科做7个物理实验，物理类做8个物理实验。

开设的实验项目名称：（备注：每年选做的实验有5％至20％的更新或内容扩充）1.音叉的受迫振动与共振实验4学时2.电磁感应与磁悬浮4学时3.稳态法测固体的导热系数4学时4.RLC电路的暂态过程4学时5.液体表面张力系数测量4学时6.组合光学4学时7.偏振光与双折射4学时8.光电效应和普朗克常数的测量4学时课程3、大学物理实验III（大二下，物理类必修56学时，工科选修32学时）开设的实验项目名称：（备注：每年选做的实验有5％至20％的更新或内容扩充）1.核磁共振8学时2.热辐射与红外扫描成像8学时3.单相室温多铁材料的制备8学时4.双频外差激光干涉仪8学时5.电光调制及光纤通信8学时6.RLC电路和滤波器8学时7.微波波导与电子自旋共振8学时。

20XX年复习资料大学复习资料专业：班级：科目老师：日期：D H S Y -1型磁悬浮动力学实验仪实验一 动力学基础实验随着科技的发展，磁悬浮技术的应用成为技术进步的热点，例如磁悬浮列车。

永磁悬浮技术作为一种低耗能的磁悬浮技术，也受到了广泛关注。

本实验使用的永磁悬浮技术，是在磁悬导轨与滑块两组带状磁场的相互作斥力之下，使磁悬滑块浮起来，从而减少了运动的阻力，来进行多种力学实验。

通过实验，学生可以接触到磁悬浮的物理思想和技术，拓宽知识面，加深牛顿定律等动力学方面的感性知识。

本实验仪可构成不同倾斜角的斜面，通过滑块的运动可研究匀变速运动直线规律，加速度测量的误差消除，物体所受外力与加速度的关系等。

【一】 实验目的1． 学习导轨的水平调整，熟悉磁悬导轨和智能速度加速度测试仪的调整和使用； 2． 学习矢量分解；3． 学习作图法处理实验数据，掌握匀变速直线运动规律； 4． 测量重力加速度g ，并学习消减系统误差的方法；5． 探索牛顿第二定律，加深物体运动时所受外力与加速度的关系； 6． 探索动摩擦力与速度的关系。

【二】实验原理 1．瞬时速度的测量一个作直线运动的物体，在△t 时间内，物体经过的位移为△s ，则该物体在△t 时间内的平均速度为 tsv ∆∆=为了精确地描述物体在某点的实际速度，应该把时间△t 取得越小越好， △t 越小，所求得的平均速度越接近实际速度。

当△t →0时，平均速度趋近于一个极限，即v t sv t t lim lim0→∆→∆=∆∆= (1) 这就是物体在该点的瞬时速度。

但在实验时，直接用上式来测量某点的瞬时速度是极其困难的，因此，一般在一定误差范围内，且适当修正时间间隔（见图5、6），可以用历时极短的△t 内的平均速度近似地代替瞬时速度。

2. 匀变速直线运动如图1所示，沿光滑斜面下滑的物体，在忽略空气阻力的情况下，可视作匀变速直线运动。

匀变速直线运动的速度公式、位移公式、速度和位移的关系分别为：at v v t +=0 (2) 2021at t v s += (3) as v v 222+= (4) 如图2所示，在斜面上物体从同一位置P 处(置第一光电门)静止开始下滑，测得在不同位置0P ，1P ，2P ……处(置第二光电门)， 用智能速度加速度测试仪测量0t ，1t ，2t ……和速度为0v ，1v ，2v ……。

磁浮陀螺姓名：寇明林班级：材料成型及控制工程一班二O一一年十月一十八日磁浮陀螺一前言记得小的时候我发现了一个很奇特的现象，就是一个有缺口的磁铁在铁上面会自动向前走，我就在想如果我能把火车的轮子换成是磁铁的，然后把磁铁的一部分扇形拿其他材料来填充的话是不是火车就可以不用其他的动力了呢？当然随着我知识水平的慢慢提高，我知道这是不可能的，完全的违背了能量守恒定律，尽管是空欢喜了一场，但从此以后，我对磁学产生了浓厚的兴趣。

近几年磁浮列车的发展很迅速，上海就建了世界第一条磁悬浮列车示范运营线——上海磁悬浮列车，从浦东龙阳路站到浦东国际机场，三十多公里只需8分钟。

磁悬浮列车具有快速、低耗、环保、安全等优点，因此前景十分广阔。

常导磁悬浮列车可达400至500公里／小时，超导磁悬浮列车可达500至600公里／小时。

它的高速度使其在1000至1500公里之间的旅行距离中比乘坐飞机更优越。

由于没有轮子、无摩擦等因素，它比目前最先进的高速火车省电30%。

在500公里/小时速度下，每座位／公里的能耗仅为飞机的1／3至1／2，比汽车也少耗能30%。

因无轮轨接触，震动小、舒适性好，对车辆和路轨的维修费用也大大减少。

磁悬浮列车在运行时不与轨道发生摩擦，发出的噪音很低。

它的磁场强度非常低，与地球磁场相当，远低于家用电器。

由于采用电力驱动，避免了烧煤烧油给沿途带来的污染。

磁悬浮列车一般以4.5米以上的高架通过平地或翻越山丘，从而避免了开山挖沟对生态环境造成的破坏。

磁悬浮列车在路轨上运行，按飞机的防火标准实行配置。

它的车厢下端像伸出了两排弯曲的胳膊，将路轨紧紧搂住，绝对不可能出轨。

列车运行的动力来自固定在路轨两侧的电磁流，同一区域内的电磁流强度相同，不可能出现几辆列车速度不同或相向而动的现象，从而排除了列车追尾或相撞的可能。

目前存在的技术问题尽管磁悬浮列车技术有上述的许多优点，但仍然存在一些不足：当然因为处于一个发展阶段，也有很多问题，1.磁悬浮有一大缺点，它的车厢不能变轨，不像轨道列车可以从一条铁轨借助道岔进入另一铁轨。

电磁感应与磁悬浮实验研究
王玉清;任新成
【期刊名称】《延安大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2018(037)001
【摘要】基于对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规律性的进一步认识,研究了电磁感应与磁悬浮实验.具体研究了磁悬浮力、磁牵引力与铝盘转速的关系,磁铁与铝盘间纵向距离变化对磁悬浮力、磁牵引力的影响,磁铁与铝盘间横向位置变化对磁悬浮力、磁牵引力的影响,铝盘转速与轴承转速之间的关系.结果表明,磁悬浮力、磁牵引力、轴承转速与铝盘转速满足线性关系;随着磁铁与铝盘间纵向距离的增大,磁悬浮力、磁牵引力减小;随着磁铁与铝盘间横向位置的改变,磁悬浮力、磁牵引力先增大,后减小,存在最大值.
【总页数】5页(P37-40,67)
【作者】王玉清;任新成
【作者单位】延安大学物理与电子信息学院,陕西延安716000;延安大学物理与电子信息学院,陕西延安716000
【正文语种】中文
【中图分类】O441.3
【相关文献】
1.电磁感应与磁悬浮实验的教学研究 [J], 李莉君;倪凯;熊永红
2.电磁感应与磁悬浮力实验的设计 [J], 李贞融
3.电磁感应理论在磁悬浮列车中的应用 [J], 张继荣
4.电磁感应与磁悬浮实验研究 [J], 王玉清;任新成
5.变压器油电磁感应加热装置的设计与实验研究 [J], 张耘溢;刘博;施渺;张佳伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

华科物理实验报告华科物理实验报告引言：物理实验是理论知识与实践相结合的重要环节，通过实验，我们可以验证理论的准确性，深化对物理规律的理解，并培养实验技能和科学精神。

本文将介绍华科物理实验的一次实验报告，以期展示实验的过程和结果，同时也希望能够激发读者对物理实验的兴趣。

实验目的：本次实验的目的是通过测量光的衍射现象来验证光的波动性质，并研究光的干涉和衍射规律。

实验装置与实验步骤：实验装置主要包括激光器、狭缝、衍射光屏和测量仪器。

首先，我们使用激光器产生一束单色光，然后通过狭缝使光线通过，形成一条狭缝光源。

接下来，将衍射光屏放置在光线传播的路径上，调整光屏与狭缝的距离和角度，观察衍射光的现象。

最后，使用测量仪器测量不同位置的衍射光强度，并记录下来。

实验结果与分析：在实验中，我们观察到了光的衍射现象。

当狭缝宽度较大时，衍射光呈现出较宽的衍射斑图案；而当狭缝宽度减小时，衍射光的斑图则变得更加集中和明亮。

这一结果与衍射现象的理论预测相符。

通过测量不同位置的衍射光强度，我们可以得到衍射光的强度分布曲线。

实验结果表明，衍射光的强度分布呈现出明显的周期性变化，即出现明暗相间的条纹。

这一现象可以通过光的干涉和衍射规律来解释。

进一步分析发现，衍射光的强度分布与狭缝宽度和光波长有关。

当狭缝宽度较大时，衍射光的强度分布较为均匀；而当狭缝宽度减小到光波长的数量级时，衍射光的强度分布则呈现出明显的周期性变化。

这一结果与光的波动性质相符，进一步验证了光的波动性。

结论：通过本次实验，我们成功验证了光的波动性质，并研究了光的干涉和衍射规律。

实验结果表明，光的波动性质在衍射现象中得到了充分体现。

这一实验不仅加深了我们对光学原理的理解，同时也培养了我们的实验技能和科学精神。

展望：物理实验作为理论学习的补充，对于培养学生的实践能力和创新思维具有重要意义。

希望在未来的学习中，能够有更多的机会参与物理实验，深入探索物理世界的奥秘，为科学研究和技术创新做出贡献。