大学物理演示实验(电磁学部分)实验七【实验内容】
巴比伦、载流导线在磁场中的运动、平行长直导线间的相互作用。1、巴比轮
由转轮和蹄形磁铁两部分组成，蹄形磁铁由两块永磁体吸在一个铁框上而构成。两个接线柱分别与转轮中心及边缘的弹片相连，当这两个接线柱与直流电源输出对应联接时，转轮中心至弹片部分就成了载流导体，载流导体在磁场中受力，但由于一端固定而失去了平衡，因而受到一力矩作用而转动起来。2、载流导线在磁场中的运动
接通电源，观察导线在轨道上的运动。
改变电流方向，观察导线在轨道上的运动变化。3、平行长直导线间的相互作用
1）两平行直导线相吸实验：将两根平行导线进行并联，然后将并联的平行直导线两端与本机“大电流输出”相连；将两平行导线距离调至3—5mm。
按下“大电流启动”开关松开，约4秒时间，大电流输出自动切断。2）两平行直导线相斥实验：即两平行直导线加反向电流。
将两根平行直导线调制相碰在一起，按“大电流启动”开关，两根平行直导线产生排斥。
【注意事项】
两根平行直导线可灵活转动，出厂时已校正好，一旦使用时不够灵活，可调节上面二个螺母，使之灵活。做相吸实验时，若两根平行两导线3—5mm间距无法定位，说明转动过于灵活，可适当调节上面二个螺母。
请勿用力扳动和触摸两根平行导线，以免变形。
1、试计算巴比伦轮所受的瞬时力矩。
2、安培力有无反作用力？分析安培力的反作用力何在？
大学物理演示实验(电磁学部分)感应圈【原理介绍】
感应圈是工业生产和实验室中用低压直流电获得交变高压的一种装置。它的主要部分是两个绕在铁芯MM′上的绝缘导线线圈，初级线圈直接绕在铁芯上，导线粗而匝数少，次级线圈则线细而匝数多。感应圈的初级线圈中有节奏地通过断续的直流电。通过电磁感应在次级线圈中感应出交变高压，因此，各种电流断续器是感应圈的重要部件。
断续器
图中画出的是一种最简单的断续器，它就是一个钢质弹簧片D。弹簧片上装有一小块软铁P，称为小锤；在小锤后面装有一个螺丝钉W，当电路中无电流时，弹簧片与螺丝钉接触。开关S接通电路后，电流流经初级线圈，再经小锤与螺丝钉，然后回到电池组的另一极，构成闭合回路。这时，线圈中的铁芯被磁化，并吸引小锤。于是，电流中断。电流一停止，铁芯就失去磁性，弹簧片将小锤弹回原来的位置，电路又重新接通。
如此反复，小锤使初级线圈中的电流在1秒钟内断续许多次。电流每次断开时，次级线圈中出现某个方向的感应电动势；而在电路接通时，次级线圈又出现相反方向的感应电动势。在小锤式断续器中，当电路断开时，小锤与螺丝钉之间出现火花，这火花使电流持续一段时间。因此，开断时间也就延长了。为了减小火花，缩短开断时间，在线路中加装一个电容器C，将它的一个极与小锤连接，另一个极接到螺丝钉的支柱上。电路开断的瞬间产生的感应电流集中到电容器里。电容器两极板带电，减小了裂口处的火花，电路开断就会进行得很快。由于电磁感应，感应圈初级线圈断续地通过直流电流时，次级线圈就感应出几千伏乃至上万伏的交变高电压。【思考题】1、2、
初级线圈的导线粗而匝数少，次级线圈则线细而匝数多，如此构造有什么好处？为什么？
如何定性的分析交变电流的大小和周期？（参数可以自己设置）
大学物理演示实验(电磁学部分)实验八【实验内容】
手摇交直流发电机、互感现象1、手摇交直流发电机
当电枢线圈在永磁场中旋转时，线圈切割线的方向是周期性变化的，其感生电动势的方向，大小也是跟着作用周期性变化，即产生交流电，经过换向器的集流环和电刷向外供交流电，若将电刷移到滑环中间即铜半环整流的位置，输出的是直流电。
2、互感现象操作：a、接通电源，打开电源开关(绿色)和收录机开关，适当调节音量，将换向开关(红色)打到一侧，这时可听到左喇叭有声音，这是收音机自身发出的声音，将换向开关打到另一侧，这时声音停止；
b、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，将两线圈垂直放置，声音减小，至消失。说明这是通过互感线圈感应过来的声音；
c、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。
（注：右侧的换向开关是控制左右两个喇叭的，起双向控制作用，即当一个喇叭开时，另一个喇叭关。）
大学物理演示实验(电磁学部分)实验九【实验内容】
自感与u的关系、自感现象、巴克豪森效应
【实验操作】
1、自感与u的关系操作：
1）将线圈与交流220伏电源相接，此时线路中的灯泡很亮；
2）将铁条一根一根的插如线圈时，观察随着铁条的不断插入，线路中灯泡的亮度发生变化。相反将铁条一根一根的取出时，灯泡随着铁条的取出，有逐渐恢复原来的亮度。此现象说明自感随着线圈的磁导率μ的增加而增大。
３）将铜条一根一根的插入线圈，观察其现象。
2、自感现象操作：1)接通电键k1、k2，发现灯泡2比灯泡1后亮，并且开始时前者显著比后者亮，随着时间的延长，二者亮度趋于相等；
2)迅速断开电键k1，可观察到1灯立即熄灭而2灯更亮一下之后才熄灭.
3、巴克豪森效应装置如右图所示，铁磁性物质在磁化过程中，当外磁场的强度达到一
定强度时，磁畴壁界面开始发生移动，它最显著地发生在磁化曲线的最陡区域，此时磁化过程是不连续的，而是以跃变的形式进行，这种现象就是跃变磁化．矩形磁滞回线的铁磁性材料跃变磁化最为明显．跃变磁化现象是巴克豪森于1919年发现的，称为巴克豪森效应．巴克豪森效应演示仪能使无声无息的磁化过程，变为有声可闻的有趣现象。即将铁磁性物质放入线圈中，然后缓缓地使其磁化．当跃变磁化发生时，在线圈中会感应出相应的不连续电流，经过放大，能在喇叭中发出卜卜声和沙沙声．
本仪器备有铁磁性的玻莫合金片、硅钢片和非铁磁性的铜片、铝片等4种试样操作：1）打开仪器后盖板，将4节1号干电池装入盒中，接通电源开关，此后就可开始做实验，在线圈中不插入任何试样，将永久磁铁沿着线圈轴线，由远而近缓缓地靠近线圈，此时喇叭无声音．
2）将玻莫合金片（是矩形磁滞回线铁磁材料)
大学物理演示实验(电磁学部分)插入线圈中，将永久磁铁的N极对着线圈，并沿着线圈的轴线，由远而近将玻莫合金片磁化，此时喇叭发出沙沙的响声．如果永久磁铁移动得很慢，喇叭发出卜卜的响声．当永久磁铁不动时，响声立刻停止，继续往前移动，喇叭又发出响声，越近声音越大．永久磁铁慢慢离开
线圈时，喇叭也发出响声，但是比磁化时要小(这是由于在不可逆过程中还存在着可逆过程．如果是良好的矩形磁滞回线材料，则没有这种现象)．永久磁铁离得越远声音越小，直至没有响声．磁极方向不变，再将永久磁铁移近线圈，玻莫合金片再次被磁化，所不同之处是响声比第一次磁化时小。
3）将永久磁铁的方向转动180°(即将S极对着线圈)，沿着轴线由远而近将玻莫合金片磁化，此时磁畴全部倒向，喇叭发出很大的响声．
4）将玻莫合金片取出，插入硅钢片，重复上述磁化过程。喇叭响声较小，而且磁化与退磁过程响声差别不大，因为硅钢片不是矩形磁滞回线的铁磁材料．
5）取出硅钢片，插人铜片或铝片试样．由于非铁磁性材料没有磁畴结构，当重复上述磁化过程时，喇叭没有响声，通过这样的对比能加深对磁介质的认识。
【思考题】
1、用坡莫合金片做实验，为什么当永磁体移近它时喇叭发声渐渐增强？
2、用坡莫合金片做实验，为什么当永磁体移近与远离它时喇叭的发声不同，而用硅钢片做实验，当永磁体移近与远离它时喇叭的发声相同？3、为什么通过本实验可用来演示磁畴的特性？
大学物理演示实验(电磁学部分)实验十【实验内容】
热磁轮、趋肤效应、涡流阻尼摆【实验操作】
1、热磁轮演示铁磁物质在温度超过居里点后铁磁性消失，变为顺磁性的物理现象。
操作：点燃酒精灯，放在转轮下面偏离磁极一侧，使靠近磁铁的镍丝部分在磁场中的一侧被加热，观察实验现象。
2、趋肤效应当高频电流通过导体时，由于电磁感应一涡电流的存在，使得电流的分布趋于表面，这就是趋肤效应。也可以这样理解：对直流电，导体各部分的电阻率相等，故电流密度相等；而在高频电流情况下，可以看场导体表面部分电阻率小，故电流密度大，而内部电阻率大，电流密度小。
操作：1）在开机前接通直流电源，观察两电珠发光亮暗程度；
2）切断直流电源，开启振荡源，观察两电珠发光亮暗程度，分析原因。3、涡流阻尼摆在磁场中运动的导体，由于电磁感应，在大块导体内将产生涡电流，再据楞次定律，涡电流在磁场中受到的安培力必定阻碍导体的运动，这就是电磁阻力。装在摆上的导体片在磁场中摆动也要受到电磁阻力，这就是电磁阻尼。改变导体片的结构，使涡电流减少，则阻尼力也将减少。
操作：1）先不通入励磁电流，使阻尼摆在两极间作自由摆动，可以观察到在轴尖处的摩擦力和空气阻力作用下，要经过相当长的时间摆才停止下来。
2）接通励磁电源，则在两磁极间产生很强的磁场。当阻尼摆在两磁极间左右摆动时，摆动迅速停止。
3）用非阻尼摆代替阻尼摆作如上实验与阻尼摆做对比实验。
大学物理演示实验(电磁学部分)实验十一【实验内容】
电磁感应现象、电磁驱动、楞次定律【实验操作】
1、电磁感应现象：分别将条形磁铁、小线圈、插有软铁棒的线圈等插入固定在实验台上的大线圈上，观察实验现象。
1、永久磁铁2、电动机3、铝圆盘4、底板2、电磁驱动：如上图所示，接通电源，电动机通电开始旋转。电动机带动永磁体使之绕水平轴旋转，继之竖直平面内产生旋转磁场，由于涡流的机械效应驱动园盘也跟着旋转起来。两者转动的方向相同，但铝盘旋转的速度始终小于永磁体（亦即磁场）的转速。这种现象称为电磁驱动。
3、楞次定律：分别将条形磁铁慢慢地向闭合圆环和缺口圆环中插入，观察实验现象，并进行比较分析。【思考题】
电磁驱动中，为什么产生涡流后铝圆盘就会转动，且铝盘旋转的速度始终小于永磁体？【注意事项】
演示所用的两块磁铁为NdFeB材料制成，磁性很强，切勿将两块磁铁靠近或吸合在一起，以免撞碎磁铁或挟坏手。
大学物理演示实验(电磁学部分)实验十二【实验内容】磁滞回线、电磁热效应【实验简介与操作】
1、磁滞回线用示波器反映铁磁材料的磁化曲线，如图所示。
操作：1）接好线路，示波器X轴、Y周增益旋钮旋至适中。2）接通示波器和磁滞回线实验装置电源，观察示波器中图形。3）选择不同铁磁材料插入线圈中，比较其磁滞回线，试解释其现象。
2、电磁热效应操作：线圈通以交变电流(220V)，闭合铁心就处在交变磁场中，将一小块蜡烛放在铝锅中，几分钟后观察其变化。
【思考题】
1、铁磁物质的特点有什么特点？什么是硬磁材料与软磁材料？2、如何确定磁导率？如何判断铁磁材料的磁滞损耗的大小？3、试分析磁滞回线所包含的物理意义。
大学物理演示实验(电磁学部分)实验十三【实验内容】
磁聚焦、洛伦兹力及电子阴极射线实、电子在磁场中的运动【实验简介与操作】
1、磁聚焦：观察运动电荷在磁场中受到的洛仑兹力和磁场对电子束的聚焦作用。
1）操作：打开电源开关，预热3分钟，在示波管显示屏上出现电子束光斑。2）打开聚焦磁场开关，会观察到在线圈的磁场作用下，电子束光斑会聚于显示屏中间一点。
3）移动聚焦磁场线圈，可以观察到电子束的螺旋轨迹和光斑会聚过程。4）如关闭聚焦线圈电源，外加一永久磁铁会观察到电子束在洛仑兹力的作用下产生偏转。
2、洛伦兹力及电子阴极射线实验
1）操作：a、将洛伦兹力管旋转到90°（电子束轨迹与线圈平面平行）；
b、开机前将加速极电压调节旋钮反时针转到零，励磁电流方向开关置于断路位置，励磁电流幅值旋钮转到最小（励磁电流方向开头扳到断路位置励磁线圈上的信号等熄灭.表示励磁线圈没有通电流），偏转板电压方向开关置于断路位置，偏转板电压幅值旋钮置于50v；
C、打开电源开关,面板上指示灯即亮洛仑兹力管中灯丝也发光,预热五分钟即可正常使用。
d、顺时针旋转加速极电压调节旋钮，先调至300v后反调至200v。这时可看到电子束径迹成一条直线（左右方向）；
大学物理演示实验(电磁学部分)2）观察电子束在匀强磁场的运动轨迹a、偏转板电压方向开关置于断路位置，调节加速极板电压，使电子束成一条直线，
打开励磁电流方向开关，使其处于顺时或逆时位置，可观察到电子束在磁场中的圆周运动；
b、转动洛仑兹力管，当与水平面有一定夹角时，即电子束方向与磁场方向成交角时,看到电子束作螺旋线运动。
3、打开电源，可观察到一电子束，把U形磁铁放在玻璃管的上方，观察电子束的偏转情况，改变磁极方向再观察。【思考题】
如何通过研究射线的径迹来确定粒子带电的符号以及荷质比？
大学物理演示实验(电磁学部分)实验十四【实验内容】1、跳环实验：
将一个小铝圆环套在铁心线圈的软铁棒上，接通电源，这时可见到小铝圆环突然上跳，脱离软铁棒。2、双铝圆环实验：
将小铝圆环套在软铁棒上，接通电源，使小铝圆环悬浮在软铁棒上。用手拿住另一个小铝圆环，将其慢慢套入软铁棒。当这个小铝圆环接近原来的小铝圆环时，它将会将下面的小铝圆环吸上来，合二为一。3、共振实验：
当一个小铝圆环悬浮在软铁棒上时，将装有胶木柄的大铝圆环套在小铝圆环外，并拿着大铝圆环的胶木柄作上下运动（要求沿着软铁棒，不要碰到小铝圆环）。此时小铝圆环收到大铝圆环的吸引力也会跟着大铝圆环做上下运动。改变大铝圆环上下运动的频率，使小铝圆环上下运动幅度越来越大，知道小铝圆环跳出软铁棒。【思考题】
1、用带小电珠的线圈套入软铁棒上，观察现象。为什么有这个现象?2、用磁铁接近浮环，这时会看到什么现象？为什么？
大学物理演示实验(电磁学部分)实验十五【实验内容】
电磁波的发射与接收（本实验只作演示）1、电磁波的能量3、电磁波的磁场方向5、电磁波的驻波7、发射天线的电流振幅9、演示开放电路【实验装置】
图a为发射机，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。
2、电磁波的电场方向4、天线辐射的角分布6、电磁波的共振8、发射天线的电压振幅10、传输线上的电压驻波
图b为半波振子接收天线，它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。
图c中，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。
图d为氖泡棒，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。
将发射机安放在支架上发射天线与反射天线放入发射机中，把发射机的三孔插头插入电源中，预热5分钟，待发射管发热后即可使用（若输入电压低于220V可将电源器的输入端接入约0.5千伏安自藕变压器上）。
大学物理演示实验(电磁学部分)【实验现象与观察】1、电磁波的电场方向、天线辐射的角分布、电磁共振、电磁波的能量
一只手接通高压开关,调节半波振子接受天线长度，在水平面内绕发射天线一周，接受天线上的小电珠立刻发亮。只有当接受天线相等且平行于与发射天线时，小电珠最亮，此时电磁共振。演示完毕关闭高压开关。2、电磁波的磁场方向
将高压开关接通，手持环形接受天线靠近发射天线，水平放置，用绝缘起子调整环形接受天线上的微调电容器，使环形天线上的小电珠达到最亮。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。3、发射天线的电流振幅
发射天线的两端电流为零是波节，中部电流最大是波腹。接通高压开关，将环形接受天线水平地靠近发射天线的端部并调节微调电容使小电珠恰好熄灭（不然当移动至中部时回烧毁小电珠）。将环形天线沿发射天线由一端移至另一端，此时可以看到两端不亮，最亮。演示完毕关闭高压开关。4、发射天线的电压振幅
半波长发射天线中的电流与电压位相差约为90°，所以电流波腹处是电压的波节，电流波节处是电压的波腹。演示时，将氖泡棒的氖泡靠在发射天线上，由一端移至另一端，氖泡在天线两端最亮，当靠近中部时就熄灭了。演示完毕关闭高压开关。5、传输线上的电压驻波
用两根有限长平行裸金属线，一端接在发射天线上（相距约40厘米），另一端挂在支架水平杆上，则有电流、电压波动沿平行线传输，在端点反射后形成电流电压驻波，用半波振子接受天线两端与平行线接触，并沿线慢慢移动，可看到接受天线灯泡明暗变化，演示出电压的波腹与波节，演示完毕关闭高压开关。
