1、電磁學實驗第1頁，共24頁，2022年，5月20日，6點44分，星期五靜電擺球實驗目的：用感應球來演示靜電感應現象。操作方法： 1、將兩極板分別與靜電起電機相接。 2、調節細有機玻璃棒,使球略偏向一極板。 3、搖動起電機,使兩極分別帶正、負電荷。這時導體小球兩邊分別被感應出與鄰近極板異號的電荷。球上感應電荷又反過來使極板上電荷分布改變,從而使兩極板間電場分布發生變化。球與極板相距較近的這一側空間場強較強,因而球受力較大,而另一側與極板距離較遠,空間場強較弱,受力較小,這樣球就擺向距球近的一極板。當球與這極板相接觸時,與上面同樣的道理使球又擺回來。不斷搖動起電機,球就在兩板間往復擺動,并發出乒乓

2、聲。起電機放電后,則導體小球會因慣性,在一段時間內做微小擺動,最后停止在平衡位置。 4、將乒乓球調節在兩極間的電場力幾乎相等,故球不動。第2頁，共24頁，2022年，5月20日，6點44分，星期五靜電跳球實驗目的： 驗 證 電 荷 間 的 相 互 作 用。操作方法： 1、將兩極板分別與靜電起電機相連接,搖動起電機,使兩極板分別帶正、負電荷,這時小金屬球也帶有與下板同號的電荷。 2、同號電荷相斥,異號電荷相吸,小球受下極板的排斥和上極板的吸引,躍向上極板,與之接觸后,小球所帶的電荷被中和反而帶上與上極板相同的電荷,于是又被排向下極板。如此周而復始,可觀察到球在容器內上下跳動。 3、當兩極板電荷被

3、中和時,小球隨之停止跳動。第3頁，共24頁，2022年，5月20日，6點44分，星期五靜電植絨實驗目的：演示靜電植絨的基本原理和模擬靜電在生產中的應用。原理與操作： 絨絲在上下兩極板間所建立的電場中極化而垂直排列，在加之絨絲并非百分之百絕緣體，可帶少量與下極板同號的電荷，在強電場的作用下絨絲豎直地飛向上極板，與上極板相碰，既中和并帶與上極板相同的電荷，在電場的作用下又迅速飛向下極板，這樣絨絲在兩極板間上下飛舞。 若再上極板表面涂具有一定圖案或文字的粘結劑，兩極板間加上直流高壓后，絨絲就可整齊而豎直地附著在圖案或文字處。第4頁，共24頁，2022年，5月20日，6點44分，星期五滴水起電實驗原理

4、：滴水自激感應起電儀是通過水滴流動與玻璃管磨擦起電,靜電感應出的電荷循環堆積,所帶電荷量越來越多,而產生越來越高的電位差的靜電起電裝置。 操作方法： 1、首先將驗電器和一個金屬杯相連,然后慢慢打開閥門,使三通玻璃管口形成水滴流,不一會就可觀察到驗電器因帶電而張開: 2、用手指拿住試電筆氖營的一端,用另一端分別接觸任一金屬杯,可以發現氖管發光,由閃光發生在氖管的哪一極上可判斷金屬杯帶何種電荷。若閃光出現在與手接觸的一端,則波測的帶電體帶正電； 3、用高壓靜電電壓表測兩金屬杯之間的電壓,可測到8000V以上的高壓。 第5頁，共24頁，2022年，5月20日，6點44分，星期五手觸電池實驗目的：通過

5、演示進一步理解接觸電位差的概念。實驗原理：要使金屬內電子脫離金屬表面的束縛所需的功，稱為該金屬的逸出功。不同的金屬有不同的逸出功。兩種不同的金屬相互接觸時，逸出功小的金屬將失去電子而電位升高，逸出功大的金屬將獲得電子而電位降低（如下頁圖）。結果這兩種金屬之間就產生了電位差，稱之為接觸電位差。 設wA、wB為金屬A與B的逸出功（且wAwB），則它們的接觸電勢差為：VAVB=（wAwB）/e 因此，相互接觸的兩塊金屬就相當于一個電池，如果在它們之間接一個電流計，當回路閉合，電流計就發生偏轉，表明回路中有電流。第6頁，共24頁，2022年，5月20日，6點44分，星期五操作方法：現將雙手分別放在銅板

6、（w4.65ev）和鋁板（wAl4.28ev）上，因人是導體，與兩金屬板接觸，從而產生接觸電位差，此時兩塊金屬板通過人體連接構成了一個等效電池（如圖2），當回路閉合時，觀察電流計的變化。 第7頁，共24頁，2022年，5月20日，6點44分，星期五雅各布天梯實驗目的：通過演示來了解氣體弧光放電的原理。實驗原理：給存在一定距離的兩電極之間加上高壓，若兩電極間的電場達到空氣的擊穿電場時，兩電極間的空氣將被擊穿，并產生大規模的放電，形成氣體的弧光放電。雅格布天梯中的兩電極構成為一梯形，下端間距小，因而場強大（因E=-U）。其下端的空氣最先被擊穿而放電。由于電弧加熱（空氣的溫度升高，空氣就越易被電離,

7、 擊穿場強就下降），使其上部的空氣也被擊穿，形成不斷放電。結果弧光區逐漸上移，猶如爬梯子一般的壯觀。當升至一定的高度時，由于兩電極間距過大，使極間場強太小不足以擊穿空氣，弧光因而熄滅。 操作方法：打開電源，觀察弧光的產生，移動及消失。第8頁，共24頁，2022年，5月20日，6點44分，星期五高壓帶電操作實驗目的：演示高壓帶電操作，用以說明電位和電位差概念。操作方法： 1、將高壓鐵塔模型上的輸電線與靜電高壓電源相接，靜電高壓電源可用手搖靜電起電機或電動范德格拉夫起電機。 2、開動起電機，表演者立于地上，手持試電棒接近或短暫接觸塔上銅線，可見驗電棒中的一些氖管點亮， 說明輸電線與地之間有很高的電

8、位差，因而此時人不可知姐接觸輸電線。 3、表演者站到絕緣凳的鋁板上，將與鋁板相連的導線掛鉤掛在高壓線上。于是，表演者與高壓線電位相同。用試電棒接觸高壓線，棒中氖管不亮。這時表演者可以隨意接觸高壓線，進行不停電檢修操作，這就是高壓帶電操作的原理。第9頁，共24頁，2022年，5月20日，6點44分，星期五 4、站在絕緣凳上的表演者若用試電棒接觸地或接地導體，氖管就會點亮。說明表演者與地之間有很大的電位差，此時表演者不可接觸與地相連的導體。 5、演示完畢后，注意切不可從凳上直接下來，必須先將鋁板上的導線掛鉤從高壓線上摘下，然后才能從凳上走下來。注意事項： 1、表演者必須站在絕緣凳上； 2、演示完畢

9、后，注意切不可從凳上直接下來，必須先將鋁板上的導線掛鉤從高壓線上摘下，然后才能從凳上走下來。第10頁，共24頁，2022年，5月20日，6點44分，星期五互感概念演示儀實驗目的：演示兩個線圈之間的相互感應與位置之間的關系及鐵芯在線圈互感中的作用。操作方法： 1、接通電源，打開電源開關（綠色）和收錄機開關，適當調節音量，將轉向開關（紅色）打向一側，這時可聽到左喇叭有聲音，這是收音機自身發出的聲音，將轉向開關打到另一側，這時聲音停止。 2、將兩線圈分別接在機箱兩側的輸入插座上，并把兩線圈放在同一直線上，這時可聽到右喇叭有聲音，而且兩線圈移近聲音增大，移遠，聲音減小。加入鐵芯，聲音可增大幾倍，將兩線

10、圈處置放置，聲音減小，至消失。說明這是通過互感線圈感應過來的聲音。 3、可以隨意改變線圈的相對位置和方向觀察兩個線圈的互感情況。第11頁，共24頁，2022年，5月20日，6點44分，星期五超導磁懸浮列車實驗目的：1、利用超導體對永磁體的排斥作用演示磁懸浮；2、利用超導體對永磁體的吸引作用演示磁倒掛。實驗原理：超導是超導電性的簡稱.它是指 金屬或合金在極低溫度下(接近絕對零度)電阻變為零的性質.它是一種宏觀量子現象,只有依據量子力學才能給與正確的微觀解釋.這就是BCS理論. 這是一臺高臨界溫度超導磁懸浮的動態演示裝置.該裝置為一個盛放高臨界溫度超導體的簡易列車模型,在具有磁束縛的封閉磁軌道上方

11、,利用超導體對永磁體的排斥作用,演示磁懸浮; 在磁軌道下方,利用超導體對永磁體的吸引作用,演示磁倒掛懸浮;并可在旋轉磁場加速裝置作用下,沿軌道以懸浮或倒掛懸浮狀態無磨擦地連續運轉. 第12頁，共24頁，2022年，5月20日，6點44分，星期五 當將一個永磁體移近釔鋇銅氧YBaCuO超導體表面時,磁通線從表面進入超導體內,在超導體內形成很大的磁通密度梯度,感應出高臨界電流,從而對永磁體產生排斥,排斥力隨相對距離的減小而逐漸增大,它可以克服永磁體的重力使其懸浮在超導體上方一定的高度上;當永磁體遠離超導體移動時,在超導體中產生一負的磁通密度,感應出反向的體臨界電流,對永磁體產生吸引,可以克服超導體

12、的重力,使其倒掛在永磁體下方的某一位置上。 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,所以稱為高溫超導體是因為它在液氮溫度77k(-196C)下呈現出超導性,以區別于以往在液氦溫度42k(-269C)下呈現出超導性的低溫材料.它的形狀為圓盤形,其臨界轉變溫度為90k(-183C).超導體樣品放在一鋁制的列車模型中,四周包有起熱屏蔽作用的鋁箔,這樣可使超導體在移開液氮后仍能在一段時間內保持自身溫度在其臨界溫度以下,以延長演示時間. 第13頁，共24頁，2022年，5月20日，6點44分，星期五 磁性軌道是用鋼板加工成橢圓形軌道用作磁軛,上面鋪以釹鐵硼(NdFeB)永磁

13、塊(表磁為0.4T)形成磁性導軌.兩邊軌道起保證超導體周期運動的磁約束作用. 操作方法：1、將列車模型放在液氮中浸泡一定時間(約3分鐘),使里面的超導材料由正常態 轉變為超導態. (超導態就是電阻率為零的狀態).2、正懸浮:軌道朝上,將列車放置在磁軌道上,列車便懸浮.注意使懸浮間隙處處相同.打開加速用的旋轉電機,輕輕推動一下列車,給它一初速度,列車便沿著軌道無摩擦地運動起來. 3、倒掛懸浮:將軌道翻轉180,使磁面朝下,其余操作同2即可演示. 加速裝置是使永磁體繞水平軸旋轉在豎直面內產生旋轉磁場的方法來實現的.在扁圓柱形的尼龍輪上, 鑲有四塊釹鐵硼(NdFeB)磁塊,尼龍輪固定在玩具電機軸上,

14、電機又固定在磁軌道面的正上方.當電機快速轉動時,在此導軌面的上方產生一繞水平軸旋轉的磁場.若磁場轉向與超導體在軌道面上前進的方向同向時,則當超導體通過磁旋轉磁場的下方時便產生一驅動超導塊加速前進的磁驅動力,從而起加速作用.第14頁，共24頁，2022年，5月20日，6點44分，星期五跳環式楞次定律實驗目的：利用通電線圈及線圈內的鐵芯所產生的變化磁場與鋁環的相互作用，演示楞次定律。 實驗原理： 鐵芯為26 X 450的軟鐵棒，線圈為有機玻璃骨架、0.7mm高強度漆色線繞制而成。 當線圈中突然通電流時，穿過閉合的小鋁環中的磁通量發生變化，根據楞次定律可知，閉合鋁環中會產生感生電流、感生電流的方向和

15、原線圈中的電流方向相反。因此與原線圈相斥，相斥的電磁力是鋁環上跳。操作方法：1、閉合鋁環的上跳演示 將電源插座插入電源，打開電源開關，將鋁環套入鐵棒內按動操作開關。當開關接通則鋁環高高跳起，當保持操作開關接通狀態不變，則鋁環保持一定高度，選在鐵棒中央；當斷開操作開關，則鋁環落下。 第15頁，共24頁，2022年，5月20日，6點44分，星期五2、帶孔鋁環的演示 重復上述步驟，然后將帶孔的鋁環套入鐵棒內，按動操作開關。當開關接通瞬間，鋁環上跳，但高度沒有不帶孔的鋁環高；保持操作開關接通狀態不變，鋁環則保持某一高度不變，懸在鐵棒中央某一位置，但沒有不帶孔的鋁環懸的高；當把操作開關斷開后，鋁環落下。

16、 3、開口鋁環的演示 重復上述步驟，然后將開口鋁環套入鐵棒內按動操作開關，開口鋁環靜止不動。 注意事項：上述實驗現象反映了楞次定律的內容。當線圈通有電流時，將在鐵芯中產生交變磁場，套在鐵芯中的鋁環將產生感生電流，感生電流的方向與線圈中的電流方向相反，因此與線圈相斥，使得鋁環上跳；當帶孔的鋁環重復上述實驗時由于感生電流沒有不帶孔的鋁環大，所以它沒有不帶孔的鋁環跳的高；當開口鋁環重復上述實驗時，由于開口鋁環形不成閉合回路，無感生電流，沒有受到電磁力的作用，所以靜止不動。第16頁，共24頁，2022年，5月20日，6點44分，星期五小型渦電流演示儀實驗目的：演示渦電流的機械效應。實驗原理：根據法拉第

17、電磁感應定律，當磁鐵與金屬材料之間有相對運動時，金屬材料內就會形成渦電流，渦電流的存在就會阻礙磁鐵和金屬之間的相對運動。渦電流越大，這種阻礙作用就會越強，而渦電流的強弱在材料一定的情況下，與材料的形狀、大小密切相關。 操作方法：演示時，讓一塊磁鐵分別從三個一定高度的中空鋁管（A、B、C）頂端落下，其中A是管壁完好的鋁管，B是管壁上開有狹縫的鋁管，C是管壁上加工出許多圓孔的鋁管。觀察并比較在三種情況下磁鐵下落的快慢情況。實驗的現象是明顯的：磁鐵在A管中下落得最慢，C管中則快些，而在B管中下落速度是最快的。這是因為管壁完整的鋁管有助于形成渦電流，磁鐵受到的阻礙作用強，故磁鐵在其中下落時，運動得最慢

18、；第17頁，共24頁，2022年，5月20日，6點44分，星期五對于管壁上有一條縫的鋁管，由于縫的阻斷作用，不易形成渦電流，磁鐵受到的阻礙作用弱，故磁鐵在其中下落就快；而在管壁上開許多孔的鋁管，雖有阻斷渦電流的作用，但沒有開縫的阻斷作用強，故磁鐵在其中落下時，運動的快慢就介于A、B之間，較管壁完整的快，比管壁上開縫的要慢。第18頁，共24頁，2022年，5月20日，6點44分，星期五大型渦電流演示儀實驗目的：演示法拉第電磁感應定律。實驗原理：在一線圈上方套一閉合的鋁環，當線圈中通有交變電流時，根據法拉第電磁感應定律，通過鋁環的磁通量發生變化，在鋁環中就產生感應電動勢，因為鋁環閉合，就會產生感應

19、電流，鋁環就會與載流線圈發生相互作用。定量分析表明，鋁環在半個周期時間內受到排斥力，在下半個周期內將受到吸引力，但因鋁環有自感存在，使得一個周期內的相互作用是排斥力占主導地位，當排斥力大到足以抵消鋁環的重力，鋁環就會被彈起 。操作方法：大型渦電流演示儀由左右兩個線圈構成，中間用弧形金屬桿相連，其上套有閉合鋁環。演示時按下按鈕，右邊的鋁環就沿金屬桿被彈跳到左邊，再按一下，則鋁環又被彈回到右邊 。第19頁，共24頁，2022年，5月20日，6點44分，星期五電磁波的發射與接收實驗目的： 1、利用該演示儀演示電磁波的基本特性及其發射，接收原理，使學生加對交變電磁波的認識，以及對電磁波的發射與接收過程

20、的理解。 2、利用電磁波的電場，用較粗的銅棒做導線演示趨服效應使學生更形象地理解此物理現象。實驗原理： 1、發射機如圖a所示，發射電源A，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直接耦合，發射波長約為150cm，發射天線是一條長為74cm得直銅管，在發射機的尾部放一反射天線J,它是一根長為78cm得直銅管。 2、半波振子接收天線由兩根拉桿天線組成，中間裝有6.3V的小電珠，調節其長度可以改變它的固有頻率。第20頁，共24頁，2022年，

21、5月20日，6點44分，星期五 3、在環形接收天線上裝有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、趨膚效應演示儀的兩個小電珠分別連接在銅棒表層和芯處，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。操作方法： 1、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

22、即可進行演示。第21頁，共24頁，2022年，5月20日，6點44分，星期五 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，并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。將半波陣子接收天線繞接收天線軸轉動360度，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，手持環形接收天線道離發射天線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，這是由于發射天線的長度時發射電磁波的半波長，兩端為電流為波節，中