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THQXF-1 型 磁悬浮实验仪实验 一、实验目的 1．观 察磁悬浮物理现象。 2．深 化对磁场能量、电感参数和电磁力等知识点的理解。 二、实验仪器 THQXF-1 型 磁悬浮实验仪及配件。 三、实验原理 根据法拉第电磁感应定律， 闭合导体回路中的磁通量变化时， 回路中就会产生感应电动 势，如果回路的电阻较小，则感应电动势将使回路中产生很大的感应电流。在大块导体中， 因感应电流呈涡漩状，故称为电涡流。电涡流可使导体发热，也可以产生电磁力效应。 本实验装置中，如图所示利用扁平盘状线圈在调压器提供的 50Hz 交变电流激励下产生 交变磁场。 铝板自身构成闭合回路， 在励磁磁场的作用下铝板中感生涡流。 励磁线圈产生的 磁场与铝板中涡流产生的感应磁场存在相互斥力， 当电流增大到使两磁场间的作用力大于线 圈自身的重力时，线圈便会浮起呈现磁悬浮状态。 图 1 磁悬浮示意图 图 2 线圈驱动电流与涡流的对应关系 当线圈中通过电流 i1 时， i sin t 1 ω为驱动电流的角频率； 则 铝盘中涡流 i2 可以表示为 i 2 M sin( t ) 式中 M为涡流的感应系数， 其值与线圈与导电铝板之间的距离相关； 为涡流与线圈驱 动电流之间的相位差。 取驱动电流与感生涡流之间的相互作用系数为 M ，则线圈与铝板之间的作用力可表示为 f (t ) M M sin t sin( t ) 1 令 A=M ’M ，由 sin t sin( t ) [cos cos(2 t )] 可得 2 A f (t ) [cos cos(2 t )] 2 由上式可知，作用力 F分为两部分， 一部分为交变力， 其频率为驱动电流的两倍 （100Hz ）， 另一部分为常量，表示为平均斥力，当平均斥力与重力平衡时，导体即可悬浮于空中振动。 四、实验步骤 1．电磁悬浮实验 1） 将铁质圆立柱安装在塑料底座上。 2 ） 将线圈放置于塑料底座上。 3） 将调压器调节手柄逆时针旋到底，使指针指向 0V 。 4 ） 将 10mm 厚铝板放置于线圈之上。 5） 将电源输出接于线圈两接线柱上。 6） 打开电源开关， 顺时针旋转调压器调节手柄， 使输出电压缓慢增加， 铝板随之浮起。 7） 按表 1 记录线圈通过的电流及铝板悬浮的高度（输出电流不要超过 10A ）。 8） 将调压器调节手柄逆时针旋到底，使指针指向 0V ，关闭电源。 表 1 选择 13mm 铝板时线圈悬浮高度与线圈驱动电流间的关系 电流（ A ） 0 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 高度（ mm ） 2．铝板厚度对悬浮高度的影响实验 1） 改用塑料圆柱安装在塑料底座上。 2 ） 将 13mm 铝板固定于塑料底座上，线圈放于铝板之上。 3） 检查调压器调节手柄是否逆时针旋到底，使指针指向 0V 。 4 ） 将电源输出接于线圈两接线柱上。 5） 记下线圈上表面所处的高度。 6） 打开电源开关，顺时针旋转调压器调