物理演示实验报告(磁悬浮列车演示实验报告)

磁悬浮列车演示实验报告

【实验目的】

1.利用超导体对永磁体的排斥作用演示磁悬浮；

【实验器材】

1．超导磁悬浮列车演示仪，如图70-1所示。由二部分组成：磁导轨支架、磁导轨。其中磁导轨是用550 × 240 × 3椭圆形低碳钢板作磁轭，按图70-2所示的方式铺以18 × 10×6 mm的钕铁硼永磁体，形成磁性导轨，两边轨道仅起保证超导体周期运动的磁约束作用。

2．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。之所以称为高温超导体是因为它在液氮温度77KC（-196℃）下呈现出超导性，以区别于以往在液氦温度42K（-269℃）以下呈现超导特性的低温材料。样品形状为：圆盘状，直径18 mm 左右，厚度为6 mm ，其临界转变温度为90K 左右（-183℃）。

3．液氮。

上图：实验装置图

下图：磁导轨

【实验原理】

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;;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.

当将一个永磁体移近钇钡铜氧YBaCuO超导体表面时,磁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;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(-196°C)下呈现出超导性,以区别于以往在液氦温度42k(-269°C)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(-183°C).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.

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.

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.

【实验操作与现象】

1.演示磁悬浮

将超导体样品放入液氮中浸泡约3—5分钟，然后用竹夹子将其夹出放在磁体的中央，使其悬浮在高度为10mm，以保持稳定。再用手沿轨道水平方向轻推样品（导体），则看到样品将沿磁轨道做周期性水平运动，直到温度高于临界温度（大约90 K），样品落到轨道上。

【注意事项】

1、样品放入液氮中，必须充分冷却、直至液氮中无气泡为止；

2、演示时，样品一定用竹夹子夹住，千万不要掉在地上，以免样品摔碎；

3、演示时，沿水平方向轻推样品，速度不能太大，否则样品将沿直线冲出轨道；

4、演示倒挂时，当样品运动一段时间后，由于温度生高，样品失去超导性

而下落，这时应用手接住它，否则，样品将摔坏；

5、超导块最好保存在干燥箱内，防止受潮脱落。

【实验心得】

在这次的物理演示实验中我受益良多，看到许多有趣的物理现象，并且充分认识到了物理学的奇妙之处。以前学习物理总感觉虽然学的理论知识很多，但却很难让我们看到它的实际用处，而经过这次物理演示实验我才充分看到了原来学的物理知识在生活中的应用是很广泛的，感受到了物理的独特魅力。在这次实验中给我印象深刻的就是磁悬浮列车演示实验，因为这是已经应用的高科技，它使列车的速度再次达到了一个质的飞跃。而其中所应用的物理知识确是我们都知道的，所以物理学是很神奇的，如果能把所有的物理知识全都转化为实际的技术，那我们的生活就会发生天翻地覆的变化。总之，经过这次物理演示实验，让我对物理有了新的认识：物理是一门既实用又有趣的学科。