大学物理实验电磁感应与磁悬浮讲义2012

电磁感应与磁悬浮 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。 【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. 本实验中利用的是稳恒磁场还是交变磁场？是均匀磁场还是非均匀磁场？ 4. 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？ 5. 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？ 6. 铝盘转速与磁悬浮和磁牵引力有什么关系？ 【引言】 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24日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：①变化的电流；②变化的磁场；③运动的稳恒电流； ④运动的磁铁；⑤在磁场中运动的导体。电磁感应定律的发现，无论在科学和技术上都具有划时代的意义，电磁感应定律使人类找到机械能与电能之间的转换方法，为生产部门和各行各业广泛的使用电力创造了条件，大大地促进了生产力的发展和人类文明的进程，开创了电气新时代的新纪元。 目前磁悬浮技术的大规模应用主要集中在磁悬浮列车和磁悬浮轴承上。第一个提出磁悬浮列车的是美国布鲁克林国家实验室的两位青年物理学家James R. Powell 和 Gordon Danby 。他们设想了一种有超导磁铁感应线圈悬浮的每小时480公里的火车，而德国人海尔曼率先获得开发磁悬浮列车的专利。于是磁悬浮列车首先在德国，随后在日本进行了更深入的研究。由于磁悬浮列车在运行时是悬浮在磁轨上，只要象飞机一样克服空气阻力就可以前 进，而不像火车或汽车那样还需要克服铁轨或地面的阻力。所以，磁悬浮列车的速度可与飞机相比，同时，它不但无噪音，还可大大地节约能源，安全性比飞机还优越。磁悬浮列车的诸多优点，将使地面交通发生巨大的变革。许多发达国家正在竞相开发磁悬浮列车技术，上海于2002年建成我国第一条磁...