实验十 磁阻尼和动摩擦系数测定

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1、实验十磁阻尼和动摩擦系数的测定【实验目的】1．观测磁阻尼现象。2．学习测量磁阻尼和动摩擦系数的方法。3．进一步了解磁阻尼系数、动摩擦系数的概念。【实验原理】1．磁阻尼现象当大块金属与磁场有相对运动或处在变化磁场中时，会产生电磁感应现象，在金属块内会激起感应电流，由楞次定律可以判定，感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因，因此金属块的运动要受到与运动方向相反的阻力—即感应电流受到的磁场安培力作用。感应电流产生的机械效应即为磁阻尼现象。2．磁阻尼系数和动摩擦系数的测定原理磁性滑块在非铁磁质良导体斜面上匀速下滑时，滑块受的阻力除滑动摩擦力FS外，还

2、有磁阻尼力FB。设磁性滑块在斜面处产生的磁感应强度为B；滑块与斜面接触的截面不变，其线度为l。当滑块以匀速率v下滑时，可看作斜面相对于滑块向上运动而切割磁感应线。由电磁感应定律，在斜面上的切割磁感应线部分将产生电动势E=Blv，如果把由于磁感应产生的电流流经斜面部分的等效电阻设为R，则感应电流应与速度v成正比，即为，此时斜面所受到的安培力F正比于电流I，即为F∝I。而滑块受到的磁阻尼力FB就是斜面所受安培力F的反作用力，方向与滑块运动方向相反。由此推出：FB应正比于v，可表达为FB=Kv（K为常数，将它称为磁阻尼系数）。因为滑块运动是匀速的，故

3、它在平行于斜面方向应达到力平衡，从而有（10-1）式（10-1）中W是滑块所受重力，θ是斜面与水平面的倾角，μ为滑块与斜面间的滑动摩擦系数。若将方程式（10-1）的两边同时除以，可得方程（10-2）显然，tanθ和成线性关系（）。作出tanθ-直线图，可得斜率a和截距bK=a·W（10-3）μ=b（10-4）【实验仪器】MF-1磁阻尼和动摩擦系数测定仪、HTM-2霍尔开关用计时仪、磁性滑块、3根导线、米尺。将3M型透明隐形胶带分别粘于磁性滑块的两滑动面上和铝质斜面上，对其动摩擦系数进行研究。【实验内容及步骤】⑴将两传感器的V+、V-和OUT接头

4、分别与HTM-1计时仪的5V、GND和INPUT接线柱相接。⑵调节夹子M，使斜面具有某一倾角，调节螺钉3，使滑块下滑时不往旁边偏离。⑶测量重垂线和底边的长度，计算倾角的大小。⑷使滑块从斜面上端开始向下滑动，滑块的蓝色面朝下，滑块不仅受到滑动摩擦力的作用，而且还受到磁阻尼力的作用。⑸在约20°＜θ＜45°的范围内能达到匀速下滑的实验条件，对于同一θ值，让滑块从不同的高度滑下，由通过两传感器的时间相同，来说明滑块在A、B间的运动是匀速的。图10-1MF-1磁阻尼和动摩擦系数测定仪和HTM-2霍尔开关用计时仪1．HTM-2霍尔开关用计时仪，它由5V直

5、流电源和电子计时器组成；2．铝质槽形斜面，可通过夹子M的上下移动来调节倾角θ，在斜面的反面A、B处各装1个霍尔开关，用计时仪可测量滑块通过A、B的时间；3．调节斜面横向倾角的螺钉，可以防止滑块在下滑过程中靠近某一侧；4．重锤，用来确定底边L和高H的长度，从而得出θ并计算tanθ和cosθ的值；5．磁性滑块，它是在圆柱形非磁性材料的一个滑动面上粘一薄片磁钢制成的，因而在这一面附近的磁感应强度较强，而另一面由于离磁钢较远，所以它附近的磁感应强度很弱，以至可以忽略不计。为了区别，将强磁场面涂成蓝色，弱磁场面涂成红色。⑹倾角不变，使滑块从不同高度c1，

6、c2，…等处滑下，记录滑块通过A、B两点的时间。求取平均值。⑺测量A、B两点间的距离，计算滑块下滑速度。⑻改变倾角θ，按以上步骤再次测量。⑼测量滑块质量m。⑽作出tanθ-直线图，由此图求出斜率a、截距b。根据式（3）、（4）计算磁阻尼系数K和滑动摩擦系数μ。⑾用最小二乘法进行数据处理，计算磁阻尼系数K和滑动摩擦系数μ。【数据记录】斜面的倾角滑块从不同高度下滑通过A、B两点间的时间T（s）L（m）H（m）θ（°）C1C2C3C4C5（s）AB距S=滑块质量m=【数据处理】序号θ（°）（s）y=tanθcosθV（m/s）x=V∕cosθx2xy

7、12345平均值————————【注意事项】⑴按实验示意图连接导线后，接通HTM-2霍尔开关计时仪的电源，在滑块下滑前按一下计时仪的RESET键，复零计时数。⑵滑块接触导轨面的磁性为N极，在滑块滑到第一个对应导轨下面的霍尔开关位置时，会使霍尔开关传感器输出低电平，计时仪上相应的指示灯发光，计时仪开始计时；在滑块再滑到第二个对应导轨下面的霍尔开关位置时，霍尔开关传感器输出低电平，计时仪上相应的指示灯发光，计时仪停止计时，并保持所计的时间到按RESET键前。若滑块接触导轨面的磁性为S极，不会使霍尔开关传感器输出低电平，计时仪不计时。⑶由于滑动摩擦系

8、数与接触表面有关，务请实验前用柔软的纸仔细擦拭实验导轨和实验滑块。请留意湿度和灰尘对滑动摩擦的影响。【思考题】1．磁阻尼系数的大小与哪些因素有关？