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u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【预备问题预备问题 】1.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?2.产生磁悬浮的主要方式有那几种？各有什么特点？3.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？4.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？5.铝盘转速与磁悬浮和磁牵引力有什么关系？【实验仪实验仪 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。步进电机控制器步进电机铝盘永磁铁力传感器磁力以及转速测量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【数据和结结果分析】1.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。2.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。3.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，计算其传动比。4.拟合磁悬浮力、磁牵引力随距离改变的变化规律。电电机频频率 （Hz）磁悬悬浮力（牛顿顿）平均值值（牛顿顿 ）2000039.256.250.0780.0800.0810.0796672100541.222316.5640630.0860.0870.0870.0866672200843.19076.87750.0930.0950.0950.0943332300445.145357.188750.10.1020.1030.1016672401547.129447.5046880.1090.110.1110.112503449.129237.8231250.1170.1180.1190.1182600651.036788.1268750.1250.1260.1270.1262700652.999288.4393750.1340.1350.1360.1352803355.014768.7603130.1430.1440.1450.1442902656.963539.0706250.1520.1530.1540.1533003158.935849.3846880.1620.1620.1640.162667铝盘转速与磁悬浮力的关系（永磁体与铝盘尽量接近） 磁悬浮力和磁牵引力随离铝盘高度的变化关系（选做）