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磁悬浮系列实验学生姓名:李函 学号U3 应物1002班一、实验目的：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。
磁悬浮的主要方式分为电磁吸引悬浮EMS ，永磁斥力悬浮PRS ，感应斥力悬浮EDS ，其基本原理源于电磁感应。
本实验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，并学会灵活运用电磁感应定律进行磁悬浮的各种应用设计。
二、实验原理：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的磁场的变化。
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此通量对时间的变化率成正比， 即dt d i k φε-= （式中负号，表明了感应电动势的方向，k 为比例系数，其值决定于式中各物理量所用的单位。
如果使用国际单位制，则k=1。
如果感应回路是N 匝串联，那么在磁通量的变化时，每匝线圈都将产生感应电动势，若每匝中通过的磁通量相同，则有dt N d N dt d i )(φεφ-=-= （习惯上把N φ 称为线圈的磁通量匝数。
对本实验装置，在金属铝盘与永磁体做相对运动时，产生的“磁悬浮力”和“磁牵引力”可以理解为与通过铝盘单位面积内磁通量的大小有关。
请查阅相关资料和文献写出实验原理和实验方案。
三、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等组成。
四、实验内容程序：参照下图装配磁悬浮测试架，调节底座的水平。
根据实验装置的结构，先思考铝盘在永磁体产生的空间磁场中运动时，电磁相互作用力的大小和方向，若要测量磁悬浮力，力传感器和永磁体应如何装配？在粗略分析永磁体在空间的磁力线分布之后，再将力传感器和永磁体安装到立住上，并锁紧螺丝。
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。
磁悬浮实验原理磁悬浮实验实验报告范文实验报告课程名称：__工程电磁场与波____指导老师：_____姚缨英_____实验名称：磁悬浮_实验类型：________同组学生姓名：____一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的1、观察自稳定的磁悬浮物理现象；2、了解磁悬浮的作用机理及其理论分析的基础知识；3、在理论分析与实验研究相结合的基础上，力求深化对磁场能量、电感参数和电磁力等知识点的理解。
二、实验原理（1）自稳定的磁悬浮物理现象由盘状载流线圈和铝板相组合构成磁悬浮系统的实验装置，该系统中可调节的扁平盘状线圈的激磁电流由自耦变压器提供，从而在50hz正弦交变磁场作用下，铝质导板中将产生感应涡流，最终表征为盘状载流线圈自稳定的磁悬浮现象。
（2）基于虚位移法的磁悬浮机理的分析将盘状载流线圈和铝板组合看成一个磁系统。
为简化分析，将铝板看作为一半无限大完纯导体。
事实上当激磁频率为50hz时，只有当铝板表面相对扁平盘状线圈足够大，而厚度b远大于该频率下铝板的透入深度d，才能作这一理想化假设。
在此前提下，应用镜像法，可导得该磁系统的自感为式中，a——盘状线圈被理想化为单匝圆形线圈时的平均半径；n——线匝数；r——导线被看作圆形导线时的等效圆半径。
当通入盘状线圈的激磁电流增大到使其与铝板中感生涡流合成的磁场，对盘状载流线圈作用的电磁力足以克服线圈自重时，线圈即浮离铝板，呈现自稳定的磁悬浮物理现象。
此时，作用于盘状载流线圈的向上的电磁力必然等于该线圈的重量。
现应用虚位移法来求取作用于该磁悬浮系统的电动推斥力。
对盘状载流线圈和铝板组合的磁系统，其对应于力状态分析的磁2场能量为wm=l某i/2。
式中，i为激磁电流的有效值。
其次，取盘状载流线圈与铝板之间相对位移h（即给定的悬浮高度）为广义坐标，按虚位移法可求得作用于该系统的电动推斥力，也就是作用于盘状载流线圈的向上的电磁悬浮力从而，由稳定磁悬浮状态下力的平衡关系，即式中，m——盘状线圈的质量(kg)；g——重力加速度(9.8m/2)；即可得对于给定悬浮高度h的磁悬浮状态，系统所需激磁电流为三、实验内容（1）观察自稳定的磁悬浮物理现象（2）实测对应于不同悬浮高度的盘状线圈的激励电流四、操作方法和实验步骤1、观察自稳定的磁悬浮物理现象在给定厚度为14mm的铝板情况下，通过调节自耦变压器以改变输入盘状线圈的激磁电流，从而观察在不同给定悬浮高度h的条件下，起因于铝板表面层中涡流所产生的去磁效应，而导致的自稳定的磁悬浮物理现象2、实测对应于不同悬浮高度的盘状线圈的激磁电流在厚度为14mm的铝板情况下，以5mm为步距，对应于不同的悬浮高度，逐点测量稳定磁悬浮状态下盘状线圈中的激磁电流，记录其悬浮高度h与激磁电流i的相应读数。
实验十七 超导磁悬浮力测量实验目的1、定性观察超导磁悬浮现象2、测量超导磁悬浮力与距离的关系3、了解传感器测力的原理及使用方法实验装置实验装置包括主件和电源及显示系统两部分。
主件包括磁铁、样品架、位移调节盘、液氮槽、传感器等部分。
实验原理1、零电阻现象当把某种合金或金属冷却到某一特定温度Tc时，其直流电阻突然变为零，把这种在低温下发生的零电阻现象称为物体的超导电性，具有超导电性的材料称为超导体。
电阻突然消失的某一确定温度Tc称为临界温度。
超导体的零电阻特性在实验上是很难观察的，一个最好的方法是超导环中持续电流实验。
它是将一超导环先置于磁场中，然后冷却使之转变为超导体，然后撤去外场，这时在超导态的环中感生出一电流(1)其中τ＝L / R是电流衰减时间常数，L是环的自感，R为电阻。
对于正常电阻τ很小，环内的电流很快衰减为零；对于超导环则情况不同，电流衰减非常慢。
2、完全抗磁性当把超导体置于外加磁场时，磁通不能穿透超导体，而使体内的磁感应强度始终保持为零（B≡ 0），超导体的这个特性有称为迈斯纳（Meissner）效应。
完全抗磁性（见图1）是独立于零电阻特性的另一个基本属性。
超导体的完全抗磁性是由于表面屏蔽电流（也称迈纳斯电流）产生的磁通密度在导体内部完全抵消了由外场引起的磁通密度，使其净磁通密度为零，它的状态是唯一确定的。
从超导态到正常态的转变是可逆的。
图一超导体的完全抗磁性迈纳斯效应可以通过磁悬浮实验直观演示：当一个小的永久磁体放到超导样品表面附近时，由于永久磁体的磁通线不能进入超导体，在永久磁体和超导体之间存在的斥力可以克服磁体的重力，而使小磁体悬浮在超导表面一定的高度。
但高温超导体样品特征决定了它们具有非完全抗磁性。
迈纳斯效应是个直流效应，用磁悬浮实验可直观形象描述超导体的这种抗磁特性，因此磁悬浮是个很好的演示实验，但它较难给出定量结果。
为了知道一个样品是否具有抗磁性需要测量该样品的磁化强度M（或磁化率X）随温度的变化关系。
电磁感应及应用研究第一部分磁牵引力与悬浮力测量实验目的：1. 了解在磁场中运动的导体所受的牵引力和悬浮力的产生机理；2. 研究磁悬浮力、磁牵引力的规律性；3. 学会灵活运用电磁感应定律进行磁悬浮的各种应用设计；4. 学会利用数据拟合以及经验公式的方法研究物理现象的规律性。
实验原理：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的磁场的变化。
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在金属铝盘与永磁体做相对运动时, 通过铝盘单位面积内磁通量的大小发生改变，根据以上定律，产生了作用于永磁体（传感器）的“磁悬浮力”和“磁牵引力”。
电机转速（角速度）与频率的换算关系为ω=πf/1600 其中f 为脉冲频率实验仪器：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、磁悬浮测试底座和平移台、带有小辐轮和永磁体的轴承等。
实验内容：由于悬浮力与牵引力方向不同，根据支架上的标签所画箭头方向为传感器可以测量的力的方向，正确装配传感器和永磁体。
调节平移架，使磁铁位于铝盘上方0.300cm 处。
在水平方向前后左右调节磁铁，找到牵引力最大位置。
从最小频率开始，逐级加大脉冲频率，到最大频率为止，测量铝盘不同转速对应磁牵引力的大小，每一个转速下测量三组数据，取其平均值。
磁悬浮力测量与测量磁牵引力的步骤类似，但要根据磁悬浮力的方向重新装配力传感器和永磁体，同样测量三组数据,取其平均值从初始距离铝盘0.300cm处，调节平移架,改变传感器与铝盘的距离，每隔1mm测量3组牵引力(磁悬浮力)值，直到牵引力(磁悬浮力)变化缓慢并接近于0，取其平均值。
安装带有小辐轮和永磁体的轴承。
从最小频率开始，到最大频率为止，测量铝盘不同转速对轴承转速的影响，每个频率测量六组数据，并记录下来。
磁悬浮动力学实验DHSY- 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△sv 二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 T0时，平均速度趋近于一个极限，即即=li m^f =li m o v⑴v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。
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P。
，R , F2……处（置第二光电门），用智能速度加速度测试仪测量t o , t i , t2和速度为V o , V i , V2……。
以t为横坐标，v为纵坐标作V - t 图，如果图线是一条直线,则证明该物体所作的是匀变速直线运动，其图线的斜率即为加速度a，截距为v0。
高速列车运行中的磁悬浮力测定与优化高速列车是现代交通工具中应用广泛的一种，在高速列车行驶过程中，磁悬浮技术扮演着非常重要的角色。
磁悬浮列车利用磁悬浮力来实现悬浮和推进，其磁悬浮力的大小和稳定性关系到高速列车的安全与稳定性。
因此磁悬浮力的测定和优化显得尤为重要。
一、高速列车磁悬浮原理高速列车的磁悬浮技术指利用电磁原理来悬浮列车，同时利用电磁力推动列车运行。
磁悬浮试验型列车可分为电磁悬浮式、永磁悬浮式和超导磁悬浮式，三种不同类型的磁悬浮力的产生方式不同。
电磁悬浮式列车通过在轨道导轨和车体下方安装电磁铁来产生轴向稳定力和侧向稳定力，利用氧化镁等物质作为局部通气装置，控制轴向干扰，从而控制列车的稳定性和运行速度。
永磁悬浮式列车则是采用特殊铁磁材料作为磁力发生器，产生强磁场，以吸引轨道导轨上的磁体，从而实现悬浮和推进的目的，其优点在于可以消耗更少的能量同时占用空间更小。
超导磁悬浮式列车则是通过超导电性材料和绝缘材料来产生强磁场，抵消重力，从而实现悬浮，由于其能力可超过永磁和电磁悬浮，因此被认为是未来磁悬浮技术的发展方向。
二、高速列车磁悬浮力测定高速列车的安全性和稳定性都与磁悬浮力的大小和稳定性密切相关，磁悬浮力测定是确保列车正常运行的重要一环。
磁悬浮力的大小通常通过气隙感应法进行测定，该方法适用于磁悬浮导轨下方的垂直气隙，测定时需要将一边被测的物体放在样品盘上，并将其固定，另一边放在感应盘上，并通过电子天平等仪器测量物体的重量。
测量结果可通过数学公式来计算得到。
在实际应用中，为了便于测量，交流线圈还通常由多个线圈组成，与物体之间的距离可以通过改变线圈电流大小和方向来调整，进而测量得到磁悬浮力的大小和稳定性。
三、高速列车磁悬浮力优化优化磁悬浮力是确保高速列车安全高效运行的重要一环。
有许多因素会影响磁悬浮力的大小和稳定性，例如磁铁材料的选择、磁悬浮线圈的线圈数目、电流大小等。
在磁悬浮线圈中，由于大量线圈并联在一起，需要考虑线圈的互感影响对磁悬浮力的影响，通过增减线圈数目、调整线圈电流等方法，可以使磁悬浮线圈的参数相对稳定，从而优化磁悬浮力。
