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1、电磁学实验第1页，共24页，编辑于2022年，星期日静电摆球实验目的：用感应球来演示静电感应现象。操作方法：1、将两极板分别与静电起电机相接。2、调节细有机玻璃棒,使球略偏向一极板。3、摇动起电机,使两极分别带正、负电荷。这时导体小球两边分别被感应出与邻近极板异号的电荷。球上感应电荷又反过来使极板上电荷分布改变,从而使两极板间电场分布发生变化。球与极板相距较近的这一侧空间场强较强,因而球受力较大,而另一侧与极板距离较远,空间场强较弱,受力较小,这样球就摆向距球近的一极板。当球与这极板相接触时,与上面同样的道理使球又摆回来。不断摇动起电机,球就在两板间往复摆动,并发出乒乓声。起电机放电后,则导体
2、小球会因惯性,在一段时间内做微小摆动,最后停止在平衡位置。4、将乒乓球调节在两极间的电场力几乎相等,故球不动。第2页，共24页，编辑于2022年，星期日静电跳球实验目的：验证电荷间的相互作用。操作方法：1、将两极板分别与静电起电机相连接,摇动起电机,使两极板分别带正、负电荷,这时小金属球也带有与下板同号的电荷。2、同号电荷相斥,异号电荷相吸,小球受下极板的排斥和上极板的吸引,跃向上极板,与之接触后,小球所带的电荷被中和反而带上与上极板相同的电荷,于是又被排向下极板。如此周而复始,可观察到球在容器内上下跳动。3、当两极板电荷被中和时,小球随之停止跳动。第3页，共24页，编辑于2022年，星期日静
3、电植绒实验目的：演示静电植绒的基本原理和模拟静电在生产中的应用。原理与操作：绒丝在上下两极板间所建立的电场中极化而垂直排列，在加之绒丝并非百分之百绝缘体，可带少量与下极板同号的电荷，在强电场的作用下绒丝竖直地飞向上极板，与上极板相碰，既中和并带与上极板相同的电荷，在电场的作用下又迅速飞向下极板，这样绒丝在两极板间上下飞舞。若再上极板表面涂具有一定图案或文字的粘结剂，两极板间加上直流高压后，绒丝就可整齐而竖直地附着在图案或文字处。第4页，共24页，编辑于2022年，星期日滴水起电实验原理：滴水自激感应起电仪是通过水滴流动与玻璃管磨擦起电,静电感应出的电荷循环堆积,所带电荷量越来越多,而产生越来越
4、高的电位差的静电起电装置。操作方法：1、首先将验电器和一个金属杯相连,然后慢慢打开阀门,使三通玻璃管口形成水滴流,不一会就可观察到验电器因带电而张开:2、用手指拿住试电笔氖营的一端,用另一端分别接触任一金属杯,可以发现氖管发光,由闪光发生在氖管的哪一极上可判断金属杯带何种电荷。若闪光出现在与手接触的一端,则波测的带电体带正电；3、用高压静电电压表测两金属杯之间的电压,可测到8000V以上的高压。第5页，共24页，编辑于2022年，星期日手触电池实验目的：通过演示进一步理解接触电位差的概念。实验原理：要使金属内电子脱离金属表面的束缚所需的功，称为该金属的逸出功。不同的金属有不同的逸出功。两种不同
5、的金属相互接触时，逸出功小的金属将失去电子而电位升高，逸出功大的金属将获得电子而电位降低（如下页图）。结果这两种金属之间就产生了电位差，称之为接触电位差。设wA、wB为金属A与B的逸出功（且wAwB），则它们的接触电势差为：VAVB=（wAwB）/e 因此，相互接触的两块金属就相当于一个电池，如果在它们之间接一个电流计，当回路闭合，电流计就发生偏转，表明回路中有电流。第6页，共24页，编辑于2022年，星期日操作方法：现将双手分别放在铜板（w4.65ev）和铝板（wAl4.28ev）上，因人是导体，与两金属板接触，从而产生接触电位差，此时两块金属板通过人体连接构成了一个等效电池（如图2），当回
6、路闭合时，观察电流计的变化。第7页，共24页，编辑于2022年，星期日雅各布天梯实验目的：通过演示来了解气体弧光放电的原理。实验原理：给存在一定距离的两电极之间加上高压，若两电极间的电场达到空气的击穿电场时，两电极间的空气将被击穿，并产生大规模的放电，形成气体的弧光放电。雅格布天梯中的两电极构成为一梯形，下端间距小，因而场强大（因E=-U）。其下端的空气最先被击穿而放电。由于电弧加热（空气的温度升高，空气就越易被电离,击穿场强就下降），使其上部的空气也被击穿，形成不断放电。结果弧光区逐渐上移，犹如爬梯子一般的壮观。当升至一定的高度时，由于两电极间距过大，使极间场强太小不足以击穿空气，弧光因而熄
7、灭。操作方法：打开电源，观察弧光的产生，移动及消失。第8页，共24页，编辑于2022年，星期日高压带电操作实验目的：演示高压带电操作，用以说明电位和电位差概念。操作方法：1、将高压铁塔模型上的输电线与静电高压电源相接，静电高压电源可用手摇静电起电机或电动范德格拉夫起电机。2、开动起电机，表演者立于地上，手持试电棒接近或短暂接触塔上铜线，可见验电棒中的一些氖管点亮，说明输电线与地之间有很高的电位差，因而此时人不可知姐接触输电线。3、表演者站到绝缘凳的铝板上，将与铝板相连的导线挂钩挂在高压线上。于是，表演者与高压线电位相同。用试电棒接触高压线，棒中氖管不亮。这时表演者可以随意接触高压线，进行不停电
8、检修操作，这就是高压带电操作的原理。第9页，共24页，编辑于2022年，星期日4、站在绝缘凳上的表演者若用试电棒接触地或接地导体，氖管就会点亮。说明表演者与地之间有很大的电位差，此时表演者不可接触与地相连的导体。5、演示完毕后，注意切不可从凳上直接下来，必须先将铝板上的导线挂钩从高压线上摘下，然后才能从凳上走下来。注意事项：1、表演者必须站在绝缘凳上；2、演示完毕后，注意切不可从凳上直接下来，必须先将铝板上的导线挂钩从高压线上摘下，然后才能从凳上走下来。第10页，共24页，编辑于2022年，星期日互感概念演示仪实验目的：演示两个线圈之间的相互感应与位置之间的关系及铁芯在线圈互感中的作用。操作方
9、法：1、接通电源，打开电源开关（绿色）和收录机开关，适当调节音量，将转向开关（红色）打向一侧，这时可听到左喇叭有声音，这是收音机自身发出的声音，将转向开关打到另一侧，这时声音停止。2、将两线圈分别接在机箱两侧的输入插座上，并把两线圈放在同一直线上，这时可听到右喇叭有声音，而且两线圈移近声音增大，移远，声音减小。加入铁芯，声音可增大几倍，将两线圈处置放置，声音减小，至消失。说明这是通过互感线圈感应过来的声音。3、可以随意改变线圈的相对位置和方向观察两个线圈的互感情况。第11页，共24页，编辑于2022年，星期日超导磁悬浮列车实验目的：1、利用超导体对永磁体的排斥作用演示磁悬浮；2、利用超导体对永
10、磁体的吸引作用演示磁倒挂。实验原理：超导是超导电性的简称.它是指 金属或合金在极低温度下(接近绝对零度)电阻变为零的性质.它是一种宏观量子现象,只有依据量子力学才能给与正确的微观解释.这就是BCS理论.这是一台高临界温度超导磁悬浮的动态演示装置.该装置为一个盛放高临界温度超导体的简易列车模型,在具有磁束缚的封闭磁轨道上方,利用超导体对永磁体的排斥作用,演示磁悬浮;在磁轨道下方,利用超导体对永磁体的吸引作用,演示磁倒挂悬浮;并可在旋转磁场加速装置作用下,沿轨道以悬浮或倒挂悬浮状态无磨擦地连续运转.第12页，共24页，编辑于2022年，星期日 当将一个永磁体移近钇钡铜氧YBaCuO超导体表面时,磁
11、通线从表面进入超导体内,在超导体内形成很大的磁通密度梯度,感应出高临界电流,从而对永磁体产生排斥,排斥力随相对距离的减小而逐渐增大,它可以克服永磁体的重力使其悬浮在超导体上方一定的高度上;当永磁体远离超导体移动时,在超导体中产生一负的磁通密度,感应出反向的体临界电流,对永磁体产生吸引,可以克服超导体的重力,使其倒挂在永磁体下方的某一位置上。高温超导体是用熔融结构生长工艺制备的含Ag的YBaCuO系高温超导体,所以称为高温超导体是因为它在液氮温度77k(-196C)下呈现出超导性,以区别于以往在液氦温度42k(-269C)下呈现出超导性的低温材料.它的形状为圆盘形,其临界转变温度为90k(-18
12、3C).超导体样品放在一铝制的列车模型中,四周包有起热屏蔽作用的铝箔,这样可使超导体在移开液氮后仍能在一段时间内保持自身温度在其临界温度以下,以延长演示时间.第13页，共24页，编辑于2022年，星期日 磁性轨道是用钢板加工成椭圆形轨道用作磁轭,上面铺以钕铁硼(NdFeB)永磁块(表磁为0.4T)形成磁性导轨.两边轨道起保证超导体周期运动的磁约束作用.操作方法：1、将列车模型放在液氮中浸泡一定时间(约3分钟),使里面的超导材料由正常态 转变为超导态.(超导态就是电阻率为零的状态).2、正悬浮:轨道朝上,将列车放置在磁轨道上,列车便悬浮.注意使悬浮间隙处处相同.打开加速用的旋转电机,轻轻推动一下
13、列车,给它一初速度,列车便沿着轨道无摩擦地运动起来.3、倒挂悬浮:将轨道翻转180,使磁面朝下,其余操作同2即可演示.加速装置是使永磁体绕水平轴旋转在竖直面内产生旋转磁场的方法来实现的.在扁圆柱形的尼龙轮上,镶有四块钕铁硼(NdFeB)磁块,尼龙轮固定在玩具电机轴上,电机又固定在磁轨道面的正上方.当电机快速转动时,在此导轨面的上方产生一绕水平轴旋转的磁场.若磁场转向与超导体在轨道面上前进的方向同向时,则当超导体通过磁旋转磁场的下方时便产生一驱动超导块加速前进的磁驱动力,从而起加速作用.第14页，共24页，编辑于2022年，星期日跳环式楞次定律实验目的：利用通电线圈及线圈内的铁芯所产生的变化磁场
14、与铝环的相互作用，演示楞次定律。实验原理：铁芯为26 X 450的软铁棒，线圈为有机玻璃骨架、0.7mm高强度漆色线绕制而成。当线圈中突然通电流时，穿过闭合的小铝环中的磁通量发生变化，根据楞次定律可知，闭合铝环中会产生感生电流、感生电流的方向和原线圈中的电流方向相反。因此与原线圈相斥，相斥的电磁力是铝环上跳。操作方法：1、闭合铝环的上跳演示 将电源插座插入电源，打开电源开关，将铝环套入铁棒内按动操作开关。当开关接通则铝环高高跳起，当保持操作开关接通状态不变，则铝环保持一定高度，选在铁棒中央；当断开操作开关，则铝环落下。第15页，共24页，编辑于2022年，星期日2、带孔铝环的演示 重复上述步骤
15、，然后将带孔的铝环套入铁棒内，按动操作开关。当开关接通瞬间，铝环上跳，但高度没有不带孔的铝环高；保持操作开关接通状态不变，铝环则保持某一高度不变，悬在铁棒中央某一位置，但没有不带孔的铝环悬的高；当把操作开关断开后，铝环落下。3、开口铝环的演示 重复上述步骤，然后将开口铝环套入铁棒内按动操作开关，开口铝环静止不动。注意事项：上述实验现象反映了楞次定律的内容。当线圈通有电流时，将在铁芯中产生交变磁场，套在铁芯中的铝环将产生感生电流，感生电流的方向与线圈中的电流方向相反，因此与线圈相斥，使得铝环上跳；当带孔的铝环重复上述实验时由于感生电流没有不带孔的铝环大，所以它没有不带孔的铝环跳的高；当开口铝环重
16、复上述实验时，由于开口铝环形不成闭合回路，无感生电流，没有受到电磁力的作用，所以静止不动。第16页，共24页，编辑于2022年，星期日小型涡电流演示仪实验目的：演示涡电流的机械效应。实验原理：根据法拉第电磁感应定律，当磁铁与金属材料之间有相对运动时，金属材料内就会形成涡电流，涡电流的存在就会阻碍磁铁和金属之间的相对运动。涡电流越大，这种阻碍作用就会越强，而涡电流的强弱在材料一定的情况下，与材料的形状、大小密切相关。操作方法：演示时，让一块磁铁分别从三个一定高度的中空铝管（A、B、C）顶端落下，其中A是管壁完好的铝管，B是管壁上开有狭缝的铝管，C是管壁上加工出许多圆孔的铝管。观察并比较在三种情况
17、下磁铁下落的快慢情况。实验的现象是明显的：磁铁在A管中下落得最慢，C管中则快些，而在B管中下落速度是最快的。这是因为管壁完整的铝管有助于形成涡电流，磁铁受到的阻碍作用强，故磁铁在其中下落时，运动得最慢；第17页，共24页，编辑于2022年，星期日对于管壁上有一条缝的铝管，由于缝的阻断作用，不易形成涡电流，磁铁受到的阻碍作用弱，故磁铁在其中下落就快；而在管壁上开许多孔的铝管，虽有阻断涡电流的作用，但没有开缝的阻断作用强，故磁铁在其中落下时，运动的快慢就介于A、B之间，较管壁完整的快，比管壁上开缝的要慢。第18页，共24页，编辑于2022年，星期日大型涡电流演示仪实验目的：演示法拉第电磁感应定律。
18、实验原理：在一线圈上方套一闭合的铝环，当线圈中通有交变电流时，根据法拉第电磁感应定律，通过铝环的磁通量发生变化，在铝环中就产生感应电动势，因为铝环闭合，就会产生感应电流，铝环就会与载流线圈发生相互作用。定量分析表明，铝环在半个周期时间内受到排斥力，在下半个周期内将受到吸引力，但因铝环有自感存在，使得一个周期内的相互作用是排斥力占主导地位，当排斥力大到足以抵消铝环的重力，铝环就会被弹起。操作方法：大型涡电流演示仪由左右两个线圈构成，中间用弧形金属杆相连，其上套有闭合铝环。演示时按下按钮，右边的铝环就沿金属杆被弹跳到左边，再按一下，则铝环又被弹回到右边。第19页，共24页，编辑于2022年，星期日
19、电磁波的发射与接收实验目的：1、利用该演示仪演示电磁波的基本特性及其发射，接收原理，使学生加对交变电磁波的认识，以及对电磁波的发射与接收过程的理解。2、利用电磁波的电场，用较粗的铜棒做导线演示趋服效应使学生更形象地理解此物理现象。实验原理：1、发射机如图a所示，发射电源A，输入电压为220V,50Hz交流，输入功率为85W，输出直流为600V，交流为6.3V,B为高压开关，C为电源开关，D为交流电压表。发射管F为中功率电子管，采用自激推挽振荡，发射天线H与振荡回路G直接耦合，发射波长约为150cm，发射天线是一条长为74cm得直铜管，在发射机的尾部放一反射天线J,它是一根长为78cm得直铜管。
20、2、半波振子接收天线由两根拉杆天线组成，中间装有6.3V的小电珠，调节其长度可以改变它的固有频率。第20页，共24页，编辑于2022年，星期日 3、在环形接收天线上装有6.3V小电珠和微调电容器，用绝缘起子调整微调电容器改变其频率，以演示发射天线上的电流振幅与磁场方向。4、氖泡棒是在一根绝缘棒的顶端装有氖泡，以演示发射天线的电压振幅。5、趋肤效应演示仪的两个小电珠分别连接在铜棒表层和芯处，在同一频率交流电下，铜棒表层电流密度大，内层电流密度小。因此，把该仪器平放在发射天线附近时与表层连接的小电珠亮，而与内层连接的不亮。操作方法：1、检查发射机上的电子管是否固定好，接收天线上小电珠是否完好，拉杆
21、天线接头处的螺钉是否拧紧。2、关闭高压开关（图a中B），接通电源（图a中C），预热5分钟，待发射管烧热后即可进行演示。第21页，共24页，编辑于2022年，星期日 3、演示电磁波接收及电磁共振。将半波振子接收天线移到正对发射天线50cm左右，并使接收天线与发射天线平行，接通高压开关，接收天线上的小电珠发亮。将接收天线拉长或缩短（改变接收天线的固有频率），接收天线上的小电珠就变暗或熄灭，只有当接收天线为某一长度时，小电珠最亮，因为此时接收天线的固有频率与接收的电磁波频率相同，产生共振。4、演示电磁波的电场方向。保持半波振子接收天线与发射天线距离为50cm左右，接收天线长度为共振时长度。将半波阵子
22、接收天线绕接收天线轴转动360度，可以观察到只有当接收天线与发射天线平行时，小电珠最亮，由此可以确定电磁波的电场方向。演示完毕，关闭高压开关。5、演示电磁波的磁场方向。打开高压开关，手持环形接收天线道离发射天线20cm左右，使其水平，用绝缘起子调整环形接收天线的微调电容器，使环形天线上的小电珠达到最亮。把环形天线沿发射天线一端移向另一端，发现中央最亮，这是由于发射天线的长度时发射电磁波的半波长，两端为电流为波节，中央为电流波腹，第22页，共24页，编辑于2022年，星期日磁场最强。转动环形天线的平面，当水平放置时，小电珠达到最亮，由此定出电磁波的磁场方向，与上面演示相比较就可以使同学形象地看到
23、电磁波的电场与磁场是相互垂直的。同时还可以加深对磁通概念的认识。演示完毕，关闭高压开关。6、演示发射天线的电压振幅。打开高压开关，将氖泡棒的氖泡靠在发射天线上，有一端移至另一端，由于半波长发射天线中的电流与电压相位差约为/2，两端电压最大为波腹，中部电压为零是波节，氖泡在高频电压锅底十九部激发氖气发亮，因此氖泡在天线两端最亮，当靠近中部时就熄灭了。在发射振荡回路，可以看到类似的现象。演示完毕，关闭高压开关。7、演示趋肤效应。打开趋肤效应演示仪，接通直流电路，可两个小电珠同时亮且亮度相同，此时无趋肤效应。关闭趋肤效应演示仪，打开高压开关，并把该演示仪平放在距离发射天线约50cm处，可发现两端与铜
24、棒外层连接的小电珠发亮，而两端与芯处连接的小电珠不亮。8、关闭高压开关，关闭电源开关，取下220V电源插头。第23页，共24页，编辑于2022年，星期日阴极射线在磁场中的偏转实验目的：观察电子束在磁场中的偏转并验证洛仑兹力的规律。实验原理：阴极射线管的阳极和阴极分别接感应圈的正负极。在感应圈正确工作时，射线管两极在强电场作用下，从阴极发射电子束-阴极射线，阴极射线经狭缝射在斜置的荧光屏上，可显示为一直线。以条形磁铁从水平并垂直方向移近射线，可见射线偏转，靠的越近，偏转越甚；改变磁铁的极性，可见偏转方向也改变。根据磁铁的极性和射线的偏转方向可验证洛仑兹力的规律。注意事项：要正确选择感应圈极性，输出电压不要过高。第24页，共24页，编辑于2022年，星期日