物理演示與探索實(shí)驗(yàn)電磁學(xué)2

1、實(shí)驗(yàn)十九 巴比輪演示實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?電流在磁場(chǎng)中的安培力矩引起的金屬盤轉(zhuǎn)動(dòng) 實(shí)驗(yàn)器材 巴比倫演示儀1實(shí)驗(yàn)原理 載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力（或力矩）而運(yùn)動(dòng)，驗(yàn)證了左手定則：平伸左手，讓磁力線穿過手心和四指指向電流方向，則拇指指向電流受力方向。 實(shí)驗(yàn)操作與現(xiàn)象1、將金屬轉(zhuǎn)盤架套放在U形磁鐵上，轉(zhuǎn)盤不要與磁鐵相磨擦。2、用連線將金屬巴比輪與直流電源對(duì)應(yīng)相連，一條到金屬轉(zhuǎn)盤軸，一條到金屬轉(zhuǎn)輪外側(cè)的銅片。3、接通電源（220V，50HZ），打開電源開關(guān)，按下輸出按鈕，可見轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)起來。4、改變磁場(chǎng)方向，轉(zhuǎn)輪將反向轉(zhuǎn)動(dòng)。2實(shí)驗(yàn)二十 渦流熱效應(yīng) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?觀察在交變電流的作用下，感應(yīng)環(huán)內(nèi)形成渦流，發(fā)熱使感應(yīng)環(huán)內(nèi)蠟

2、的熔化現(xiàn)象。 實(shí)驗(yàn)器材渦流熱效應(yīng)演示儀3實(shí)驗(yàn)原理 處在交變磁場(chǎng)中的金屬塊，由于受變化磁場(chǎng)產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)作用，將在金屬塊內(nèi)引起渦旋狀的感應(yīng)電流，稱為渦旋電流（簡(jiǎn)稱渦流）。由于金屬塊的電阻很小，渦流可以達(dá)到非常大的程度。強(qiáng)大的渦流會(huì)產(chǎn)生大量的焦耳熱，這就是感應(yīng)加熱的原理。感應(yīng)加熱廣泛用于有色金屬和特種合金的冶煉、焊接及真空技術(shù)方面。然而在很多情況下，渦流發(fā)熱卻是有害的。例如變壓器和電機(jī)的鐵芯，由于處于交變磁場(chǎng)中，鐵芯會(huì)因渦流而發(fā)熱，不僅浪費(fèi)了電能，而且發(fā)熱會(huì)使鐵芯溫度升高引起導(dǎo)線絕緣性能下降，甚至造成事故。為此，常用增大鐵芯的電阻來減小渦電流，如把鐵芯做成層狀，用薄層的絕緣材料（如絕緣漆）把各層

3、鐵芯隔開。實(shí)驗(yàn)操作與現(xiàn)象 在環(huán)狀鋁槽中加少量蠟，接上電源（紅色開關(guān)），用手握住環(huán)狀鋁槽的塑料手柄，按下藍(lán)色開關(guān)按鈕，片刻即可見槽中的蠟溶化。4實(shí)驗(yàn)二十一 通電、斷電自感現(xiàn)象 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹垦菔就?、斷電自感現(xiàn)象，了解產(chǎn)生自感的原因?！緦?shí)驗(yàn)器材】 通電、斷電自感演示儀。 LL2L1K2K1+E220伏5【實(shí)驗(yàn)原理】 當(dāng)一個(gè)自感與電阻組成LR電路，在0突變到 或 突變到0的階躍電壓的作用下，由于自感的作用，電路中的電流不會(huì)瞬間突變。這種在階躍電壓作用下，從開始變化到逐漸趨于穩(wěn)態(tài)的過程叫做暫態(tài)過程。 實(shí)驗(yàn)原理圖如圖一所示，將開關(guān)撥至位置，一個(gè)從0 到 的階躍電壓立即作用在電路上，電路中出現(xiàn)反抗電流增加

4、的自感電動(dòng)勢(shì)： 按照楞次定律，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)是反抗電流增加的。按歐姆定律 圖一求解微分方程可得：電路中電流將按下式規(guī)律增加 將開關(guān)由撥向位置，電路中的電壓從e 階越式地跌落到零，這時(shí)電路中只有自感電動(dòng)勢(shì)，由含源電路歐姆定律： 可解得電流將按下式規(guī)律由 I o 減少到零。 6 總之， 電路在階躍電壓的作用下，電流不會(huì)突變，而是按指數(shù)的規(guī)律進(jìn)行增或減，而增減的快慢由時(shí)間常數(shù) 決定 ?！緦?shí)驗(yàn)操作與現(xiàn)象】1通電自感現(xiàn)象首先將K1、K2斷開，再接通交流電源，按下K1開關(guān)，同時(shí)觀察燈泡L1和L2亮的順序。可看到當(dāng)K1接通的瞬間， 燈泡L1先亮，燈泡L2滯后L1才亮。這是由于K1接通瞬間，L1直接并接在電源E上

5、，所以接通后，它馬上就亮；而L2是與電感L串聯(lián)之后才并接在電源上的，電感L會(huì)產(chǎn)生一個(gè)自感電動(dòng)勢(shì)，使得L2滯后于L1。這就充分說明了通電時(shí)的自感現(xiàn)象。為了看的清楚可以反復(fù)將K1接通和斷開。 2斷電自感現(xiàn)象 將K1、K2斷開，接通交流電源，按下K1開關(guān)，此時(shí)燈泡L1和L2都亮著，可順便觀察通電自感現(xiàn)象。將K2合上，即將L2短路，再把K1斷開，即斷開直流電源E，同時(shí)注意觀察?？梢园l(fā)現(xiàn)在斷電的瞬間，L1突然亮了一下，比正常通電時(shí)還亮，這就是斷電自感現(xiàn)象。由于，斷電的瞬間，電感L也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)自感電動(dòng)勢(shì)，并通過L1放電，使得L1發(fā)光。為了觀察清楚，可以反復(fù)將K1通斷。 7實(shí)驗(yàn)二十二 互感現(xiàn)象 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?觀

6、察一通有交變電流的線圈對(duì)另一線圈的互感效應(yīng)及鐵芯在電磁感應(yīng)中所起的作用 實(shí)驗(yàn)器材 互感概念演示儀8實(shí)驗(yàn)原理 兩個(gè)線圈，若在其中一個(gè)線圈中通以某一交變信號(hào)，由于互感，則會(huì)在另一線圈中感應(yīng)出來，線圈結(jié)構(gòu)一定時(shí)，感應(yīng)信號(hào)的強(qiáng)弱與線圈的相對(duì)取向、距離及鐵芯等磁介質(zhì)有關(guān)。當(dāng)兩個(gè)線圈平行取向時(shí)，感應(yīng)出來的信號(hào)最強(qiáng)，偏離平行取向時(shí)，感應(yīng)信號(hào)由強(qiáng)變?nèi)?，?dāng)兩個(gè)線圈相互垂直時(shí)，感應(yīng)信號(hào)基本消失。兩線圈較近時(shí)，漏磁少，感應(yīng)出來的信號(hào)強(qiáng)，反之，漏磁多，感應(yīng)出來的信號(hào)弱。鐵芯屬?gòu)?qiáng)磁質(zhì)，可使磁場(chǎng)大大加強(qiáng)，故感應(yīng)出來的信號(hào)強(qiáng)，反之，感應(yīng)出來的信號(hào)弱。 9實(shí)驗(yàn)操作與現(xiàn)象1、接通電源，打開電源開關(guān)和收音機(jī)開關(guān)，適當(dāng)調(diào)節(jié)音量，將

7、換向開關(guān)打到一側(cè)，這時(shí)可聽到左喇叭有聲音，這是收音機(jī)自身發(fā)出的聲音，將換向開關(guān)打到另一側(cè)，這時(shí)聲音停止；2、將兩線圈分別接在機(jī)箱兩側(cè)的輸入插座上，并把兩線圈放在同一直線上，這時(shí)可聽到右喇叭有聲音，而且兩線圈移近時(shí)聲音增大，移遠(yuǎn)時(shí)聲音減小，加入鐵芯聲音可增大幾倍，將兩線圈垂直放置，聲音減小至消失。說明這是通過互感線圈感應(yīng)過來的聲音；3、可以隨意改變線圈的相對(duì)位置和方向，觀察兩線圈的互感情況。10實(shí)驗(yàn)二十三 順磁介質(zhì)磁化模擬實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?演示順磁介質(zhì)的磁化現(xiàn)象。 實(shí)驗(yàn)器材 磁鐵條兩塊，指示針若干個(gè)，順磁介質(zhì)的磁化演示儀，如圖所示 NS11實(shí)驗(yàn)原理 在外磁場(chǎng)作用下磁介質(zhì)出現(xiàn)磁性或磁性發(fā)生變化的現(xiàn)象

8、稱為磁化。分子是一個(gè)復(fù)雜的帶電系統(tǒng)。一個(gè)分子有一個(gè)等效電流i, 相應(yīng)有一個(gè)分子等效磁矩Pm = is。Pm是各個(gè)電子軌道磁矩、電子自旋磁矩、原子核磁矩的總和。順磁質(zhì)的分子等效磁矩Pm 0，稱為分子固有磁矩。一般由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，Pm的方向完全是混亂的，但是在外磁場(chǎng)中Pm會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)向，這就是順磁質(zhì)的“磁化”。外磁場(chǎng)越強(qiáng)，轉(zhuǎn)向排列越整齊。順磁質(zhì)內(nèi)部的磁場(chǎng)是被加強(qiáng)的，而且順磁質(zhì)會(huì)被磁鐵吸引。依據(jù)磁介質(zhì)磁化對(duì)原有磁場(chǎng)的影響，可將磁介質(zhì)分類為：順磁質(zhì)： 與 同向,內(nèi)部 相對(duì)磁導(dǎo)率 ?？勾刨|(zhì)：與 反向，內(nèi)部 ，相對(duì)磁導(dǎo)率 。鐵磁質(zhì)： 。 實(shí)驗(yàn)操作與現(xiàn)象 把兩根條形磁鐵置于小磁針周圍的不同位置觀察眾小磁針南北

9、極指向的變化規(guī)律。 12實(shí)驗(yàn)二十四 RLC串聯(lián)諧振 實(shí)驗(yàn)?zāi)康难菔綬LC串聯(lián)諧振現(xiàn)象。 實(shí)驗(yàn)器材RLC串聯(lián)諧振演示儀、示波器、低頻信號(hào)發(fā)生器。 13實(shí)驗(yàn)原理 在力學(xué)實(shí)驗(yàn)在介紹過彈簧的簡(jiǎn)諧振動(dòng)、阻尼振動(dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng)，闡述過共振現(xiàn)象的一些實(shí)際應(yīng)用。同樣，在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，由正弦電源與電阻R、電感L和電容C組成的串并聯(lián)電路，也會(huì)產(chǎn)生簡(jiǎn)諧振動(dòng)、阻尼振動(dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng)。R消耗能量，將電能轉(zhuǎn)換成熱能而損耗；L和C為儲(chǔ)能元件，L可以儲(chǔ)存或釋放存儲(chǔ)的磁能、C可以存儲(chǔ)或釋放存儲(chǔ)的電能。理想的LC電路可以產(chǎn)生諧振，帶有R的電路產(chǎn)生阻尼振動(dòng)，帶有信號(hào)源的電路可以產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)。這里的振動(dòng)均是指電路內(nèi)電流和電壓的變化規(guī)律。例如當(dāng)正弦波電源輸出頻率達(dá)到某一頻率時(shí)， LC兩端的電壓達(dá)到最小值，即電路中的電流達(dá)到最大值，就產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)操作與現(xiàn)象14實(shí)驗(yàn)二十五 電磁驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康难菔窘柚鷾u流引起的電磁阻尼驅(qū)動(dòng)振子振動(dòng)或擺動(dòng)