1、圖55-1中，為馬蹄形永磁鐵，它是由高強度釹鐵硼材料制成。是將馬蹄形電磁鐵固定在豎直支柱上的頂絲。是帶動馬蹄形永磁鐵沿水平方向左右移動的滑塊。是雙道滑軌。是載流直導體。是導軌，它用來支承載流直導體受力移動。是通電接線柱。是底座。演示洛侖茲力的存在，加深對洛侖茲力的理解。磁環稀硫酸銅溶液小泡沫電源開關換向開關直流電源、投影儀、洛侖茲力投影實驗器材、和自制小塊泡沫，如圖56-1所示。其中電源輸入電壓為交流220V，輸出直流為30W；洛侖茲力投影實驗器材由磁缸、玻璃皿支架、中心電極和外環銅片電極組成。磁環磁場強度為800高斯。 洛侖茲力。設在磁場中，一帶電量為的粒子，以速度運動，如圖56-2所示。磁

2、場對該帶電粒子作用的洛侖茲力為 （56-1）則的大小為 （56-2）的方向始終垂直于和組成的平面，當時，與（）同向；當時，與（）反向。由于垂直于，洛侖茲力不改變帶電粒子的速度大小，只改變速度的方向；當由于垂直于時，帶電粒子將在垂直于的平面內作勻速率圓周運動。有 （56-3）由式（56-3）可得帶電粒子圓周運動的回轉半徑 （56-4）1將洛侖茲力投影實驗裝置放在投影儀上，在玻璃皿中加入一定量的稀硫酸銅溶液。2打開投影儀電源開關，調整投影成象透鏡的位置，使硫酸銅液體平面成像在幕上。3用連接線將直流電源與洛侖茲力投影實驗裝置準確無誤接好。打開直流電源開關，可以看到液體開始以圓心為軸旋轉，此時，在液面

3、上放一小塊泡沫，觀察到液體流動推動泡沫塊環向運動，這種現象說明運動電荷在磁場中受到力的作用，這種力稱為洛侖茲力。4使用直流電源換向開關可改變電流方向，再觀察液體流動的方向是否也改變了？為什么？5如有可能，改變磁場方向，液體流動的方向也將改變。1加入稀硫酸銅溶液要小心，不要太快，以免濺出來，傷著自己。2實驗完畢后，將外環電極沖洗干凈，避免腐蝕實驗設備。演示幾種最基本的電磁感應現象，理解和掌握電磁感應定律。1號線圈，均勻繞在內徑55mm，長95 mm的骨架上。2號線圈，繞在長85 mm，內徑20 mm的骨架上。條形磁鐵，為鋁鐵炭材料，長170 mm，寬20 mm，厚10 mm，磁場強度800100

4、0GS。軟鐵棒是13 mm×130 mm低炭鋼材料。24V直流電源自配，最大電流為1.5A。示教電表1個。連接線若干。NE 由于通過線圈回路的磁通量隨時間變化而在回路中出現電動勢的現象稱為電磁感應現象。若回路閉合，則會有電流，線圈回路中出現的電流稱為感應電流。法拉第電磁感應定律 （57-1）式（57-1）中，為線圈匝數，為通過單匝線圈的磁通量，負號是楞次定律的反映。由此負號在結合回路正方向的規定，可以確定回路中感應電流的方向。由知，其中任一量變化，都可能會引起變化。它們又可以歸結為兩類：第一類：磁場（）不變，導體或導體回路作切割磁力線運動，即變化，引起變化。在這種情況下，出現的感應電

5、動勢稱為動生電動勢。 （57-2） 第二類：導體或導體回路不動，磁場（）隨時間變化，即變化，引起變化，在這種情況下，出現的感應電動勢稱為感生電動勢。 （57-3）1按照圖57-1所示，正確連線。2將1號線圈接入示教電表的“M”接線端子上，將條形磁鐵插入線圈后，示教電表即可向一個方向發生偏轉。如將條形磁鐵反方向插入，則表頭向相反方向偏轉。多次重復，注意觀察示教電表指針偏轉方向。 3把電源正負極與2號線圈連接起來，打開電源，調到適當電壓，如15伏左右。再將通電后的2號線圈替代條形磁鐵，插入1號線圈，觀察表頭是否發生偏轉？偏轉大小與不通電時比較并分析。 4在第三步的基礎上，把軟鐵棒插入通電后的2號線

6、圈里，然后一起再插入1號線圈。仔細觀察表頭發生偏轉的現象，并與無鐵芯時比較分析。可多次重復。 5將2號線圈的直流電源正負極交換，重復3或4的過程，表頭偏轉方向是否與上述過程偏轉方向相反，為什么？可多次重復。 6先把電源關閉，將軟鐵棒插入2號線圈并一起放入1號線圈內。這時再打開電源，看到表頭指針發生偏轉后回到零位，關閉電源時，表頭指針反向偏轉后回到零位。可多次重復。1線圈為有機玻璃骨架，切勿掉地，否則摔壞。2直流電壓不能過高，否則將燒壞2號線圈，電壓最高不得超過30V，連續通電不能超過30分鐘。1演示電磁波的基本特性及其發射、接收原理，使學生加深對交變電磁場的認識，以及對電磁波的發射與接收過程的

7、理解。 2利用電磁波的電場，用較粗的銅棒做導線演示趨膚效應，使學生更形象地理解此物理現象。實驗裝置如圖58-1所示。圖a為發射機，圖b為半波振子接收天線，圖c為環形接收天線，圖d為氖泡棒，圖e為趨膚效應演示天儀。ABDCGHJ 圖a 圖b 圖c 圖d 圖e圖 58-11.發射機如圖a所示，A為發射電源，輸入電壓為220V，50Hz交流，輸入功率為85W，輸出直流為600V，交流為6.3V。 B為高壓開關，C為電源開關。D為交流電壓表。發射管F為中功率電子管，采用自激推挽振蕩。發射天線H與振蕩回路G直接藕合，發射波長約為150cm。發射天線是一條長為74cm的直銅管，在發射機的尾部放一反射天線J

8、，它是一根長為78cm的直銅管。2半波振子接收天線（圖b）由兩根拉桿天線組成，中間裝有6.3V的小電珠，調節其長度可改變它的固有頻率。3在環形接收天線（圖c）上裝有6.3V小電珠和微調電容器，用絕緣起子調整微調電容器改變其頻率，以演示發射天線上的電流振幅與磁場方向。4氖泡棒（圖d）是在一根絕緣棒的頂端裝有氖泡，以演示發射天線的電壓振幅。5趨膚效應演示儀（圖e）的兩個小電珠分別連在銅棒表層和芯處，在同一頻率交流電下，銅棒表層電流密度大，內層電流密度小。因此，把該儀器平行放在發射天線附近時與表層連接的小電珠亮，而與內層連接的不亮。圖 58-21檢查發射機上的電子管是否固定好，接收天線上小電珠是否完

9、好，拉桿天線接頭處的螺釘是否擰緊。 2關閉高壓開關（圖a中B），接通電源（圖a中C），預熱5分鐘，待發射管燒熱后即可進行演示。 3演示電磁波接收及電磁共振。將半波振子接收天線移到正對發射天線50cm左右，使接收天線與發射天線平行，接通高壓開關，接收天線上的小電珠發亮。將接收天線拉長或縮短（改變接收天線的固有頻率），接收天線上的小電珠就變暗或熄滅，只有當接收天線為某一長度時，小電珠最亮，因為此時接收天線的固有頻率與接收的電磁波頻率相同，產生共振。 4演示電磁波的電場方向。保持半波振子接收天線與發射天線距離為50cm左右，接收天線長度為共振時長度。將半波振子接收天線繞接收天線軸心轉動360

10、6;，可以觀察到只有當接收天線與發射天線平行時，小電珠最亮，由此可以確定電磁波的電場方向。演示完畢，關閉高壓開關。 5演示電磁波的磁場方向。打開高壓開關，手持環形接收天線到離發射天線20cm左右，使其水平，用絕緣起子調整環形接收天線的微調電容器，使環形天線上的小電珠達到最亮。把環形天線沿發射天線一端移向另一端，發現中央最亮兩端不亮，這是由于發射天線的長度是發射電磁波的半波長，兩端為電流為波節，中央為電流波腹磁場最強。轉動環形天線的平面，當水平放置時，小電珠達到最亮，由此定出電磁波的磁場方向，與上面演示相比較就可以使同學形象地看到電磁場波的電場與磁場是互相垂直的。同時還可以加深對磁通概念的認識。

11、演示完畢，關閉高壓開關。 6演示發射天線的電壓振幅。打開高壓開關，將氖泡棒的氖泡靠在發射天線上，由一端移至另一端，由于半波長發射天線中的電流與電壓相位差約為/2，兩端電壓最大為波腹，中部電壓為零是波節，氖泡在高頻電壓過低時就不激發氖氣發光，因此氖泡在天線兩端最亮，當靠近中部時就熄滅了。在發射振蕩回路，可以看到類似的現象。演示完畢，關閉高壓開關。 7演示趨膚效應。打開趨膚效應演示儀，接通直流電路，可見兩個小電珠同時亮且亮度相同，此時無趨膚效應。關閉趨膚效應演示儀，打開高壓開關，并把該演示儀平行放在距離發射天線約50cm處，可發現兩端與銅棒外層連接的小電珠發亮，而兩端與芯處連接的小電珠不亮。 8關

12、閉高壓開關，關閉電源開關，取下220V電源插頭。 1使用此儀器時，要先打開電源開關，后打開高壓開關，關閉時，先關閉高壓開關，后關閉電源開關。2打開高壓前，要將配套的接收天線，氖泡棒等遠離發射機，以防打開高壓后燒毀小電珠。圖 59-1利用磁鐵和同樣大小的鋁塊，在閉合和有開口的金屬管自里運動，演示楞茨定律，可加深同學對這部分內容的理解。1三根比較用的鋁管，它是由A、B、C三根長一米，截面為25×20mm的方形鋁管構成，其中B管的四個側面、交錯裁有長200mm的細窄縫、在三個管的最下端正側面開有高100mm，寬25mm的長方形孔。如圖64-1所示。2釹鐵硼材料制成的磁體兩塊，為22

13、5;22×28mm的長方體磁體E，相同大小的鋁塊F。如圖64-1右邊圖所示。 A，C為方形鋁管，B是開縫鋁管，D為底座，E是釹鐵硼磁塊，F是鋁塊。磁鐵塊在導體管下落，導管中產生感生電流。根據楞茨定律可知，感生電流總是反抗引起感生電流的原因，因此下落磁鐵塊將不斷地受到磁力的阻礙作用，而緩慢下降。鋁塊在導體（鋁）管下落過程中，導體管中沒有感生電流產生，所以不受電磁阻尼的作用，而以重力加速度勻加速快速下落，管壁的摩擦力和空氣阻力很小忽略。1左手持磁鐵塊E，右手持鋁塊F，分別從A、C（見圖64-1）兩鋁管的上端口，同時釋放。從A、C兩鋁管下端開口處，觀察磁鐵塊和鋁塊下落的情況，并注意比較磁鐵

14、塊與鋁塊的下落先后。2兩手持相同的磁鐵塊分別從A、B兩鋁管的上端口同時釋放。同樣，從A、B兩鋁管下端開口處，觀察磁鐵塊和鋁塊下落的情況，將看到A管中的磁鐵塊如同1中所述的情況一樣，緩慢地下落，B管中的磁鐵塊沿開有縫隙的鋁管B中快速下落。這是由于B管中產生的感生電流很小，受到的電磁阻尼也小，所以快速地先于A管中的磁鐵塊下降到下端開口處。1演示所用的兩塊磁鐵為NdFeB材料制成，磁性很強，切勿將兩塊磁鐵靠近或吸合在一起，以免撞碎磁鐵或夾壞手。2由于實驗器材全部采用鋁合金結構，切勿磕碰、防止結構變形，影響實驗效果。 演示渦電流的機械效應。阻尼擺與非阻尼擺演示儀，如圖66-1所示。其中直流電源接線柱；

15、矩形磁軛，作用是當線圈中通有直流電源時，可在磁軛兩極縫隙中間產生很強的磁場；支撐架；擺架；非阻尼擺；橫梁；阻尼擺；線圈；底座。直流穩壓電源。 處在交變電磁場中的金屬塊，由于受變化電磁場產生的感生電動勢作用，將在金屬塊內引起渦旋狀的感生電流，把這種電流稱為渦電流。 在圖66-1所示的實驗裝置中，但金屬擺在兩磁極間擺動時，由于受切割磁力線運動產生的動生電動勢的作用，也將在金屬擺內出現渦電流。根據安培定律，當金屬擺進入磁場時，磁場對環狀電流的上、下兩段的作用力之和為零；對環狀電流的左、右兩段的作用力的合力起阻礙金屬擺塊擺進的作用。當金屬塊擺出磁場時，磁場對環狀電流的左、右兩段的作用力的合力則起阻礙金

16、屬擺塊擺出的作用。因此，金屬擺總是受到一個阻尼力的作用，就像在某種粘滯介質中擺動一樣，很快地停止下來，這種阻尼起源于電磁感應，故稱電磁阻尼。若將圖66-1中的金屬擺制成有許多隔槽的，使得渦流大為減小，從而對金屬擺的阻尼作用變的不明顯，金屬擺在兩磁極間要擺動較長時間才會停止下來。 電磁阻尼擺在各種儀表中被廣泛應用，電氣機車和電車中的電磁制動器就是根據此原理而制造的。 圖 66-1 1把穩壓電源輸出的正負極連接到阻尼擺與非阻尼擺演示儀的直流電源接線柱，阻尼擺按圖66-1所示接好。2打開穩壓電源電源開關，先不要打開穩壓電源的“輸出”開關，即不通勵磁電流，讓阻尼擺在兩極間作自由擺動，可觀察到阻尼擺經過

17、相當長的時間才停止下來（不考慮阻力）。 3再打開穩壓電源的“輸出”開關，電壓指示為28伏，此時在磁軛兩極間產生很強的磁場。當阻尼擺在兩極間前后擺動時，阻尼擺會迅速停止下來，說明了兩極間有很強的磁阻尼。解釋現象。 4將帶有間隙的類似梳子的非阻尼擺代替阻尼擺作上述2和3的實驗，可以觀察到不論通電與否，其擺動都要經過較長的時間才停止下來。為什么？ 1操作前應把矩形磁軛和支撐架調整到位，確保擺動順暢。 2注意不要長時間通電，以免燒壞線圈。演示通電、斷電自感現象，了解產生自感的原因。通電、斷電自感演示儀。線圈中電流發生改變時，通過自身回路的磁通量發生變化，從而產生自感電動勢。理論計算表明 （67-1）式

18、中稱為自感系數（電感）。 由式（67-1）可知，在通電時，因為自感作用使的電流緩慢增加。當在斷電瞬間，因為相當大，從而產生一個相當高的自感電動勢。實驗原理圖如67-1所示， 220V交流電壓經變壓器降壓、橋式全波整流電容濾波之后輸出直流電源E。由于通電的一瞬間、電感L會產生一個自感電動勢。同樣，斷電的瞬間，電感L也會產生一個自感電動勢。LL2L1K2K1+E220伏圖 67-11通電自感現象首先將K1、K2斷開，再接通交流電源，按下K1開關，同時觀察燈泡L1和L2亮的順序。可看到當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，所以接通后，它

19、馬上就亮；而L2是與電感L串聯之后才并接在電源上的，電感L會產生一個自感電動勢，使得L2滯后于L1。這就充分說明了通電時的自感現象。為了看的清楚可以反復將K1接通和斷開。 2斷電自感現象 將K1、K2斷開，接通交流電源，按下K1開關，此時燈泡L1和L2都亮著，可順便觀察通電自感現象。將K2合上，即將L2短路，再把K1斷開，即斷開直流電源E，同時注意觀察。可以發現在斷電的瞬間，L1突然亮了一下，比正常通電時還亮，這就是斷電自感現象。由于，斷電的瞬間，電感L也會產生一個自感電動勢，并通過L1放電，使得L1發光。為了觀察清楚，可以反復將K1通斷。1因為演示板背后電源變壓器初級為220V，切勿觸摸，防

20、止觸電。 2演示儀不能承受劇烈振動，防止將燈泡振壞。演示運動電荷在磁場中受到的洛侖茲力和磁場對電子束的聚焦作用。線圈電源插座灰度調節位移調節示波管聚焦線圈磁場開關電源開關示波管，聚焦線圈，磁場開關，電源開關，灰度調節，位移調節，線圈電源插座。其中電源電壓交流220V，示波管采用8SJ31J示波管，其加速電壓為1100V，外型尺寸400×280×260mm。如圖68-1所示。 圖 68-1如圖68-2所示，當帶電粒子沿與磁場成角方向以速度斜向進入磁場時，磁場對其的分運動作用，使之在垂直的平面內作勻速率圓周運動，磁場對的分運動無作用，粒子在沿方向上作勻速直線運動。結果帶電粒子沿

21、方向作螺旋線運動。圖 68-2帶電粒子的回旋半徑： （68-1）帶電粒子的回旋周期： （68-2）帶電粒子的螺距： （68-3）從式（68-2）可知，帶電粒子的回旋周期與速度大小無關。圖 68-3設有許多速度大小相同、方向各異的帶電粒子組成的帶電粒子束從點出發，如圖68-3所示。因為帶電粒子的回旋周期與帶電粒子的速度無關，所以，所有帶電粒子將同時回到所在的那條母線上。又由于各帶電粒子速度方向各異即不同，其各不相同，因此在同一時間內，它們沿母線前進的距離不等，即這些粒子不能會聚于點。但當帶電各粒子的角均很小時，。則從出發的帶電各粒子將在時間內前進相同距離 （68-4）而會聚于點。此即“磁聚焦”。

22、電子顯微鏡中的“磁透鏡”就是根據此原理而制成的。1打開電源開關，預熱3分鐘，在示波管顯示屏上出現電子束光斑。記住光斑形狀。2調節灰度及位移旋鈕，使光斑位于顯示屏中央且灰度適中。3打開聚焦線圈磁場開關，則觀察到在線圈的磁場作用下，電子束光斑會聚于顯示屏中間一點，并與關閉磁場開關時的電子束光斑比較。4移動聚焦磁場線圈，仔細觀察，可以看到，電子束的螺旋軌跡和光斑會聚過程。5關閉聚焦線圈電源即關閉磁場開關，外加一永久磁鐵，將會觀察到電子束在洛侖茲力的作用下產生偏轉的現象。 1在演示磁聚焦時，注意不要有外磁場的影響。2線圈電源打開時間不易過長，以免線圈過熱燒毀。3示波管比較嬌貴，注意保護，避免受到硬物的

23、撞擊。1學習與了解鐵磁質的磁滯特性。 2由示波器觀察鐵磁質的磁滯回線。鐵磁材料除了具有高的磁導率外，另一重要的磁性特點就是磁滯。設鐵磁性材料已沿起始磁化曲線磁化到飽和，磁化開始飽和時的磁感應強度值用表示。如果在達到飽和狀態之后使減小，這時的值也要減小，但不沿原來的曲線下降，而是沿著上一條曲線段下降，對應的值比原先的值大，說明鐵磁質磁化過程是不可逆的過程。當 時, 不為零，而是，稱為剩余磁感應強度，簡稱剩磁，這是鐵磁質的剩磁現象。要消除剩磁，使鐵磁質中的 恢復為零，需加反向磁場，反向磁場強度稱為矯頑力。繼續增加反向磁場 。材料又可被反向磁化達到反方向的飽和狀態，以后再逐漸減小反方向的磁場至零值時

24、，和的關系將沿左下段變化，這時改變線圈中的電流方向，即又引入正向磁場。當磁場強度變化一個周期后，鐵磁質的磁化曲線形成一個閉合曲線，則形成如圖65-1所示的閉合回線。從圖65-1中可以看出，磁感應強度值的變化總是落后于磁場強度的變化，這種現象稱為磁滯，是鐵磁質的重要特性之一，上述閉合曲線常稱為磁滯回線。各種不同的鐵磁性材料有不同的磁滯回線，主要是磁滯回線的寬、窄不同和矯頑力的大小有別。磁滯回線是介質內部磁場強度和磁感應強度的關系曲線。要測定材料的磁滯回線，需要根據磁化過程測定材料內部的磁場強度及其相應的磁感應強度，測量過程比較繁復。用示波器顯示則比較簡便，只需要把待測的量轉換為激磁電流在取樣電阻

25、R上的電壓，輸入到示波器的X軸；把待測量也轉換成電流量，并串入適當值的電容C，利用RC積分電路進行積分，最后取電容C兩端的電壓輸入到示波器Y軸，則可得到鐵磁材料磁滯回線的圖形。圖69-1 磁滯回線1電路連接：在實驗儀上選定一個樣品，按實驗儀機箱上所給定的電路圖連接線路，把R1選擇調到2.5，U選擇調節到0，UH和UB分別連接到示波器的通道1（CH1 X）和通道2（CH2 Y）端子。插孔為公共。將示波器的TIME/DIV旋鈕反時針旋到底（X-Y）檔。2樣品退磁：開啟實驗儀電源，對試樣品進行退磁。即順時針轉動“U選擇”旋鈕，令U從0增加到3V，然后再反時針方向轉動，將U從最大值3V減到0，目的是消

26、除剩磁，使測試樣品處于磁中性狀態，即。3、觀察磁滯回線：打開示波器電源，適當調節光點的亮度（INTEN）和聚焦（FOCUS），使光點清晰，同時調節光點的水平位置和CH2的垂直位置，使光點位于坐標網格的中心。令U=2.2V，分別適當調節CH1和CH2的靈敏度（VOLTS/DIV）使顯示屏上出現大小適當的磁滯回線，若滯回線頂部出現編織狀小環（如圖上所示），可以適當降低勵磁電壓予以消除。4觀察、比較樣品1和樣品2的磁滯回線。請注意，在將測試線路從一個樣品移向另一個樣品時，請關閉測試電源。接入樣品后，首先應退磁。 通過利用超導體對永磁體的排斥和吸引的作用，演示磁懸浮和磁倒掛，理解和掌握磁懸浮原理。由二

27、部分組成：磁導軌支架、磁導軌。其中磁導軌是用550 × 240 × 3橢圓形低碳鋼板作磁軛，按圖70-2所示的方式鋪以18 × 10×6 mm的釹鐵硼永磁體，形成磁性導軌，兩邊軌道僅起保證超導體周期運動的磁約束作用。2高溫超導體，是用熔融結構生長工藝制備的，含Ag的YBacuo系高溫超導體。之所以稱為高溫超導體是因為它在液氮溫度77KC（-196）下呈現出超導性，以區別于以往在液氦溫度42K（-269）以下呈現超導特性的低溫材料。樣品形狀為：圓盤狀，直徑18 mm 左右，厚度為6 mm ，其臨界轉變溫度為90K左右（-183）。底座立柱橢圓形磁軛定位銷釘永磁體磁軌3液氮。 圖 70-1 實驗裝置圖S極N極 圖 70-2 磁導軌 當將一個永磁體移近超導體表面時，因為磁力線不能進入超導體內，所以在超導體表面形成很大的磁通密度梯度，感應出高臨界電流，從而對