楞次定律和涡流实验斜面演示器

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  项目用途
  本项目可用于高中物理楞次定律实验的演示、高中物理涡流实验的演示及中小学课外科技活动的趣味探究实验。
  
  使用方法
  楞次定律实验的演示
  在铜板、铝板、塑料板上贴纸,使3块板具有相同的滑动摩擦系数;3块板放在等高的支架上(有纸的一面朝上)。
  3个相同厚度和直径的圆形铜块,让3个圆形铜块从3块板的等高处同时下滑。实验表明,3个圆形铜块具有相同的下滑速度,同时到达斜面的底部。这是由于铜块下滑时,在3块板上不会产生感应涡流,而斜面的倾斜度和滑动摩擦系数相同,所以3个铜块同时到达斜面的底部。
  把3个圆形铜块换成相同厚度和直径的圆形钕铁硼磁铁,让3个磁铁从3块板的等高处同时下滑。实验表明,磁铁在铜板上的下滑速度最慢,在铝板上的下滑速度居中,在塑料板上的下滑速度最快。这是由于磁铁在下滑过程中,在铜板和铝板的表面产生感应涡流,由楞次定律可知,感应涡流会对磁铁下滑产生阻碍作用,而铜的电阻率比铝小,产生的感应涡流更强,所以对磁铁的阻碍作用更大。
  为了形象地说明磁铁在下滑过程中会在铝板或者铜板上产生感应涡流,可以借助一个装置来说明,在一块塑料板的上面固定几个线圈,线圈用来模拟铝板或者铜板上产生感应涡流的小线圈,线圈的两端接到灵敏电流表上。当磁铁在下滑过程中,会看到电流表的指针发生摆动,说明在线圈上产生了感应涡流(见图6)。
  
  涡流实验的演示
  2块相同面积和厚度的铝板,其中一块铝板的表面开有许多隔槽,2块铝板的表面都贴上相同材质的纸,并放在同一个支架上,使2块铝板具有相同的滑动摩擦系数和倾斜度;让2个相同的强磁铁同时从铝板上方往下滑,磁铁在开有隔槽的铝板上的下滑速度最快,这是由于磁铁在下滑过程中,在开有隔槽的铝板上产生的感应涡流比整块铝板的小,所以对磁铁的阻碍作用也小(见图5、图7)。
  
  使用效果
  采用斜面演示的方法,分别让铜块(非磁性物质)和强磁铁从倾斜的金属板和非金属板表面上往下滑,通过对比铜块与磁铁下滑速度的不同来演示楞次定律,同时也增加了趣味性。制作简单,取材容易,实验效果明显,操作简便。
  如果能够找到相同厚度的各种非铁磁性金属板(比如黄铜、铅、锡等),还可以用以上斜面演示的方法,通过对比强磁铁的下滑速度,来判断各种非铁磁性金属电阻率的大小。还可以在磁铁或者铜块上加贴卡通动物(例如龟兔赛跑),更增加趣味性。
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