《大学物理实验》课程教学资源（教案）电磁感应与磁悬浮

大学物理实验教案电磁感应与磁悬浮实验题目4教师实验性质实验学时代青等设计性与应用性实验1.了解电磁感应基本定律，了解磁悬浮基本原理。2．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，通过数据教学目的拟合给出经验公式。3.应用电磁感应定律进行磁悬浮的各种应用设计。1.原理的理解重点2.磁悬浮测量及应用设计1.测量数据并利用工具拟合曲线探索规律难点2.磁悬浮应用设计课前的准备：1.仪器设备的检查。时间的掌握：留由5分钟机动的时间。2.实验的预做（采集三组以上数据进行处理）及报告。3.数据处理软件的设计。课上教学的设计：一、课上的常规检查（预习报告、实验表格等）。(5分钟)(45分钟）二、讲解的设计1、引言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教上。现代社会，轨道交通作为一种重要的客运交通，其容量大、速度学快、安全性好，发展备受关注。传统铁路发展到现在，由于受到轮轨过粘着、高速阻力和机械磨损等条件的限制，进一步提速的难度较大；程磁悬浮列车打破传统铁路限制，借助磁铁同性相斥、异性相吸的原理的悬浮于轨道上，运行时只需克服空气带来的阻力，速度可达到500km/h设以上，具有速度高、稳定安全、污染小、能耗低等特点，成为行驶于计轨道上的飞机。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。其中EMS和EDS使用较多，其代表分别为德国的TR系列列车和日本的MLU系列列车。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悬浮示范运营线。2、提出本实验的目的与任务，讲授为完成本实验设计思想和设计原则实验原理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面积的磁通量（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

大 学 物 理 实 验 教 案 实验题目 电磁感应与磁悬浮 实验性质 设计性与应用性实验 实验学时 4 教师 代青等 教学目的 1. 了解电磁感应基本定律，了解磁悬浮基本原理。 2. 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。 3. 应用电磁感应定律进行磁悬浮的各种应用设计。 重 点 1. 原理的理解 2. 磁悬浮测量及应用设计 难 点 1. 测量数据并利用工具拟合曲线探索规律 2. 磁悬浮应用设计 教 学 过 程 的 设 计 课前的准备： 1.仪器设备的检查。 2.实验的预做（采集三组以上数据进行处理）及报告。 3.数据处理软件的设计。 课上教学的设计： 一、课上的常规检查 （预习报告、实验表格等）。 (5 分钟) 二、讲解的设计 (45 分钟) 1、引言 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。现代社会，轨道交通作为一种重要的客运交通，其容量大、速度 快、安全性好，发展备受关注。传统铁路发展到现在，由于受到轮轨 粘着、高速阻力和机械磨损等条件的限制，进一步提速的难度较大； 磁悬浮列车打破传统铁路限制，借助磁铁同性相斥、异性相吸的原理 悬浮于轨道上，运行时只需克服空气带来的阻力，速度可达到 500km/h 以上，具有速度高、稳定安全、污染小、能耗低等特点，成为行驶于 轨道上的飞机。 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。其中 EMS 和 EDS 使用较多，其代表分别为德国 的 TR 系列列车和日本的 MLU 系列列车。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悬浮示范运营线。 2、提出本实验的目的与任务，讲授为完成本实验设计思想和设计 原则 实验原理 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 包围的面积的磁通量（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 时间的掌握：留由 5 分 钟机动的时间

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：③在磁场中运动的导体。电磁感应定律的发现，无论在科学核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。楞次定律：闭合回路中的感应电流方向，总是企图使感应电流本身所产生的通过回路面积的磁通量，去反抗引起感应电流的磁通量的改变。或者说感应电流产生的磁场总是阻碍原来的磁场的变化。法拉第电磁感应定律：不论任何原因使通过回路面积的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势与此通量对时间的变化率成正比，即Gj=-k(5-4-1)式中负号，表明了感应电动势的方向，k为比例系数，其值决定手式中各物理量所用的单位。如果使用国际单位制，则k-1。如果感应回路是N匝串联，那么在磁通量的变化时，每匝线圈都将产生感应电动势，若每匝中通过的磁通量相同，则有d(No)6,=-N=-9dt(5-4-2)习惯上把N?称为线圈的磁通量匝数。对本实验装置，在金属铝盘与永磁体做相对运动时，产生的“磁悬浮力”和“磁牵引力”可以理解为与通过铝盘单位面积内磁通量的大小有关。3、实验的拓展：（由本实验的完成深化和延伸所学的知识，启发学生利用现有的设备拓展出新的实验内容，培养学生的创新思维和创新能力。）应用电磁感应定律进行磁悬浮的各种应用设计：磁悬浮传动系统磁悬浮发电系统4.数据的测量与处理要求用计算机处理数据5.实验仪器及操作演示6.强调实验中要注意的问题1.直驱光电门安装时要使铝盘孔通过光电门，同时避免光电门与铝盘的碰撞和摩擦。2.力传感器安装时方向不要弄错。磁体与铝盘间距应尽量小但不碰撞。3.为了防止在铝盘高速转动时的震动导致传感器和永磁体随支持杆下滑，导致永磁体飞出，立柱上的固定螺丝一定要拧紧！

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 科学核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。 楞次定律：闭合回路中的感应电流方向，总是企图使感应电流本 身所产生的通过回路面积的磁通量，去反抗引起感应电流的磁通量的 改变。或者说感应电流产生的磁场总是阻碍原来的磁场的变化。 法拉第电磁感应定律：不论任何原因使通过回路面积的磁通量发 生变化时，回路中产生的感应电动势与此通量对时间的变化率成正比， 即 dt d i k   = − （5-4-1） 式中负号，表明了感应电动势的方向，k 为比例系数，其值决定于式 中各物理量所用的单位。如果使用国际单位制，则 k=1。如果感应回 路是 N 匝串联，那么在磁通量的变化时，每匝线圈都将产生感应电动 势，若每匝中通过的磁通量相同，则有 dt d N N dt d i ( )   = − = − （5-4-2） 习惯上把 N 称为线圈的磁通量匝数。 对本实验装置，在金属铝盘与永磁体做相对运动时，产生的“磁悬浮 力”和“磁牵引力”可以理解为与通过铝盘单位面积内磁通量的大小 有关。 3、实验的拓展：(由本实验的完成深化和延伸所学的知识，启发学 生利用现有的设备拓展出新的实验内容,培养学生的创新思维和创新 能力。) 应用电磁感应定律进行磁悬浮的各种应用设计：磁悬浮传动系统， 磁悬浮发电系统 4.数据的测量与处理 要求用计算机处理数据. 5．实验仪器及操作演示 6．强调实验中要注意的问题 1. 直驱光电门安装时要使铝盘孔通过光电门，同时避免光电门与铝盘 的碰撞和摩擦。 2. 力传感器安装时方向不要弄错。磁体与铝盘间距应尽量小但不碰 撞。 3. 为了防止在铝盘高速转动时的震动导致传感器和永磁体随支持杆 下滑，导致永磁体飞出，立柱上的固定螺丝一定要拧紧！

(120分钟)三、学生的实验开始四、指导实验实验前30分钟不解答问题，给学生自己理解消化的时间，30分钟后边指导边提出一些问题启发学生解答、重点辅导。五、检查实验的结果，签字(10分钟）一、数据处理及结果分析二、课后思考题课(1）如何使用所学原理，测量一个磁铁的极性？后三、小结建议及体会1.《大学物理实验》，赵黎、王丰等编，复旦大学出版社，出版时间2014年7月参考2.《大学物理学》，汪晓元、廖红、赵黎、刘想宁等编，武汉理工大学出版社，出版时间2008年8月文献电磁感应与磁悬浮的题目，在黑板的中央。板第一板书内实验的目的容1、了解电磁感应基本定律，了解磁悬浮基本原理。2、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。3、应用电磁感应定律进行磁悬浮的各种应用设计。重点与难点1.磁悬浮原理、测量及应用设计2.计算机数据处理实验原理（将原理部分与原理图分成两块）1.原理部分（左侧）楞次定律：闭合回路中的感应电流方向，总是企图使感应电流本身所产生的通过回路面积的磁通量，去反抗引起感应电流的磁通量的改变。或者说感应电流产生的磁场总是阻碍原来的磁场的变化。法拉第电磁感应定律：不论任何原因使通过回路面积的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势与此通量对时间的变化率成正比，即6,=-k%式中负号，表明了感应电动势的方向，k为比例系数，其值决定于式

三、学生的实验开始 (120 分钟) 四、指导实验 实验前 30 分钟不解答问题,给学生自己理解消化的时间,30 分钟 后边指导边提出一些问题启发学生解答、重点辅导。 五、检查实验的结果,签字 （10 分钟） 课 后 一、数据处理及结果分析 二、课后思考题 (1) 如何使用所学原理，测量一个磁铁的极性？ 三、小结建议及体会 参 考 文 献 1.《大学物理实验》，赵黎、王丰等编，复旦大学出版社，出版时间 2014 年 7 月 2.《大学物理学》，汪晓元、 廖红、赵黎、刘想宁等编，武汉理工大学出版社，出版时间 2008 年 8 月 板 书 内 容 电磁感应与磁悬浮的题目，在黑板的中央。 第一板 实验的目的 1、了解电磁感应基本定律，了解磁悬浮基本原理。 2、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。 3、应用电磁感应定律进行磁悬浮的各种应用设计。 重点与难点 1. 磁悬浮原理、测量及应用设计 2. 计算机数据处理 实验原理（将原理部分与原理图分成两块） 1.原理部分（左侧） 楞次定律：闭合回路中的感应电流方向，总是企图使感应电流本 身所产生的通过回路面积的磁通量，去反抗引起感应电流的磁通量的 改变。或者说感应电流产生的磁场总是阻碍原来的磁场的变化。 法拉第电磁感应定律：不论任何原因使通过回路面积的磁通量发 生变化时，回路中产生的感应电动势与此通量对时间的变化率成正比， 即 dt d i k   = − 式中负号，表明了感应电动势的方向，k 为比例系数，其值决定于式

中各物理量所用的单位。如果使用国际单位制，则k=1。如果感应回路是N匝串联，那么在磁通量的变化时，每匝线圈都将产生感应电动势，若每匝中通过的磁通量相同，则有d(Ng)8,=-N4=-dtdt习惯上把N称为线圈的磁通量匝数。2.实验的过程设计（1）拟好实验步骤。（2）根据仪器设备的使用方法，确定各物理量的测量方法，3实验的拓展1)、利用电磁感应及磁悬浮原理进行设计4表格：略5、实验报告的要求：1.数据处理的要求，2.思考题、结果分析、小结建议体会6、黑板右边的空白备用

中各物理量所用的单位。如果使用国际单位制，则 k=1。如果感应回 路是 N 匝串联，那么在磁通量的变化时，每匝线圈都将产生感应电动 势，若每匝中通过的磁通量相同，则有 dt d N N dt d i ( )   = − = − 习惯上把 N 称为线圈的磁通量匝数。 2.实验的过程设计 （1）拟好实验步骤。 （2）根据仪器设备的使用方法，确定各物理量的测量方法。 3 实验的拓展 1）、利用电磁感应及磁悬浮原理进行设计 4 表格：略 5、实验报告的要求： 1.数据处理的要求。 2.思考题、结果分析、小结建议体会 6、黑板右边的空白备用