实验5 磁阻尼系数和动摩擦系数的测量
实验5 磁阻尼系数和动摩擦系数的测量
【实验目的】
1. 观察磁阻尼现象，掌握磁阻尼概念及用途。
2. 观察滑动摩擦现象，了解摩擦系数在工业中的应用。 3. 学会将非线性方程化成线性方程进行数据处理的方法。 4. 用作图法求磁阻尼系数和动摩擦系数。
【实验原理】
磁性滑块在非铁磁性良导体斜面上匀速下滑时，滑块受的阻力除滑动摩擦力F s 外，还有磁阻尼力F B 。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，其长度为 。当滑块以匀速率v 下滑时，在斜面上的切割磁感应线部分将产生电动势ε=B v 。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：I =B v/R ，此时斜面所受到的安培力F 正比于电流I ，即：F ∝I 。而滑块受到的磁阻尼力F B 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：F B 应正比于v ，可表达为：F =Kv （K 为常数，将它称为磁阻尼系数）。因为滑块运动是匀速的，故它在平行于斜面方向应达到力平衡，从而有：
W sin θ=K ν+μW cos θ（1）
⑴式中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⑴式的两边同时除以Wcosθ，可得：
K ν
tan θ=⋅+μ（2）
W cos θ
显然tanθ和v/cosθ呈线性关系（y =ax +b ）。作出tanθ-（v /cosθ）直线图，即可得斜率K/W和截距μ。
K =a ·W （3） μ=b （4）
【实验仪器】
HTM 霍尔开关用计时仪一台、直尺（1mm ）、MF-1型磁阻尼系数和动摩擦系数测量仪一台、磁性滑块一个。
【实验步骤】
1. 调节水平调节螺钉，使磁性滑块从斜面导轨下滑时，滑块能保持直线下滑不与导轨侧面相碰。
2. 将磁性滑块和普通非磁性滑块分别从斜面导轨下滑，并改变斜面导轨倾角，观察磁阻尼现象和动摩擦力现象。
3. 调节斜面导轨为某一倾角，磁性滑块N 面向下（只有N 极面对霍耳开关时，计时器才能计时。）从斜面导轨5个不同高度C 1，C 2，……，C 5滑下，在表1中记录磁性滑块通过AB 两点的时间t 。改变斜面导轨倾角，重复上述实验，得出斜面导轨倾角在多大范围内，磁性滑块均能作匀速运动。
4. 由表1实验结果确定确定磁性滑块做匀速直线运动时斜面倾角θ范围，在该范围内改变不同θ值，测量磁性滑块下滑速度v 和倾角θ关系数据，并记录在表格2内。
【实验数据处理】
1、记录表格
3、数据计算
根据图1所示结果，联立（3）、（4）式，可以得到
K =a ·W=1.6812W
式中，W 表示小滑块的重力；
μ=b=0.4128
【注意事项】
1. 在滑块下滑前按一下计时仪的RESET 键，复零计时数。
2. 磁阻尼系数的大小与滑块表面的磁感应强度有关，与导轨的阻抗有关。滑动摩擦系数与导轨表面和滑动块表面的接触情况有关。故由于滑块的磁感应强度不同或略有变化。
3. 由于滑动摩擦系数与接触表面有关，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。