三剑客詹庆冬2.

队名：三剑客时间：2015年15月19日对磁力小火车的探究队员介绍2景思源201430057龚勋201430032詹庆冬201430094主要内容31引入性试验2题目分析及现象解释3理论模型的构造4实验理论分析5验证性实验及结论6进一步思考与讨论主要内容4引入性实验：主要内容5题目分析：8.MagneticTrainButtonmagnetsareattachedtobothendsofasmallcylindricalbattery.Whenplacedinacoppercoilsuchthatthemagnetscontactthecoil,thistrainstartstomove.Explainthephenomenonandinvestigatehowrelevantparametersaffectthetrain'sspeedandpower.磁力小火车两个扁圆柱形磁铁与一个柱状的电磁两端相接，当这个体系放在铜线圈内部且与铜接触的时候，它会开始运动。解释这个现象并且研究相关参量怎么影响火车的速度和功率。主要内容6铷磁铁的作用：1.连接铜线圈，使电池和线圈形成闭合回路以便产生电流。2产生磁场，与电磁场相互作用，从而引导小火车前进。解释现象主要内容7通电螺线管的磁场nIB0磁体在由电池产生的电流激发出的磁场，于是便运动了主要内容8小火车会跑的两种情况：磁铁吸附电池的方式共有四种：正（N）负（N），正（N）负（S），正（S）负（S），正（S）负（N）。其中只有两种形式电池才会运动。如图甲、丙所示，电磁正负极都与磁铁S极或N极相连，即正（S）负（S）型或正（N）负（N），这种情况下可以运动。其余的连接方式电池都是静止不动的，如果改变线圈的绕行方式，能运动的仍然是这两种方式，只不过电池运动的方向会发生改变。这说明螺线圈的绕向与电池能否运动无关甲乙丙丁----《磁动力小火车的驱动原理——闫峰》解释现象主要内容9----来源：机械美学理论模型的构造事实上，当小火车的速度逐渐增大以后，会达到一个稳定的值，此时阻力f跟牵引力F等大，那么有：p=𝑓∗𝑣所有的其他相关参量都是改变这两个量来改变功率的主要内容10提出猜想：相关参量：1.铷磁铁的磁性大小H2.铜线圈的紧密程度，即单位长度的匝数n3.闭合回路的电流𝐼4.电池的电压E5.电池的极化现象6.磁铁的电阻𝑅2、闭合回路中铜线圈的电阻𝑅1、电池内阻𝑟7.铜线圈的直径大小D8.其他主要内容11铜线圈电阻𝑅1电池电动势E，r磁铁电阻𝑅2那么，𝐼=𝐸𝑅1+𝑅2+𝑟结论：总电阻越小，环路中的电流越大，电池的电动势E越大，电流I越大从而由可知，铜线圈的磁场强度越强，小火车速度v也就越快nIB0理论分析主要内容12电池的电压极化现象：当电池有电流通过，使电极偏离了平衡电极电位的现象，称为电极极化。。电池极化直接导致了外压降的降低一节新的干电池的电动势为1.5V，内阻为0.5Ω左右。当电池使用相当长一段时间后，电动势会下降到1V左右，而其内电阻却可增大到几百欧姆。主要内容13铜线圈电阻的计算:𝑅=𝑝𝐿𝑆𝐿=（𝑛𝜋𝐷）2+𝑙2LnπDln=240圈D=17mmL=540mm算出来L=12.82米紫铜导电率：0.018Ω*𝑚𝑚2/𝑚得R=0.2940Ω万能电表测得电阻为0.54-0.26=0.28Ω相对误差率为4.76%主要内容14电流的计算：取r=0.5Ω，电池电压测量值为1.5023V，𝑅1=0.294∗48540=0.026Ω，𝑅2=0.04Ω。求得：𝐼=1.50230.5+0.026+0.04=2.654A由毕奥萨伐尔定律知：TnIB3010*482.1即为14.82Gs,(地磁场的强度为0.5~0.6Gs)主要内容15计算小火车所受磁场的力F的大小：F磁＝mxVHgradHm——质量，kg。x——磁铁比磁化系数（=k/p，k——体积磁化率，p——密度），m³/kg。H——磁场强度，TV——磁铁体积（m³）gradH——磁场梯度，（dH/dl）理论上可算出F磁的大小，主要内容16材料：扁圆柱稀土铷磁铁（16*4mm，10*2mm）,铁片若干南孚电池（新），7号、5号电磁若干铜弹簧（原始长度：540mm，线圈匝数240）卷尺一个秒表一个文件夹一个(做斜坡用)测量小火车的速度和阻力主要内容17ABCDE5个桶线圈当中：A、D线圈密度太小，B线圈铜线直径为1.5mm,韧性太强，缠绕不均只有C、E小火车能正常运行，再次试验后发现，C线圈变形严重，某些地方间距过大，只有E线圈最合适测量小火车的速度和阻力主要内容18斜坡法测阻力f:θ只要知道了起始下滑的角度θ以及磁力小火车的质量m就能求出阻力f。𝑓=𝑚𝑔𝑠𝑖𝑛θ=(24.4+5.14*4)9.8∗10−3*118310=0.167N让小火车在轨道里静止不动，提高角度θ，使其开始滑动，测量此时文件夹顶点的高度。测量小火车的速度和阻力主要内容19测量小火车的速度：用电子表测量小火车通过铜线圈的时间，测量10次，多次改变铜线圈的长度，每次拉长铜线圈4cm，重复测量。测量小火车的速度和阻力主要内容20测量数据：铜弹簧的长度L/mm12345678910540±2时间：1.131.251.251.061.121.061.001.131.251.25580±2时间：1.51.561.691.621.631.621.441.571.691.63620±2时间：1.8822.131.941.7521.752.0061.881.88平均速度（cm/s）：RSD(相对标准偏差)46.968.22%36.364.97%32.266.19%测量小火车的速度和阻力主要内容21得出结论：在实验数据准确可信的前提下，我们有理由相信，增大线圈缠绕密度n，会导致阻力f减小，并且是成类反比例函数的。nf测量小火车的速度和阻力主要内容22铜线圈直径D大小对阻力的影响;极限法小火车横截面当D无穷大时当D小于小火车直径时当D无穷大的时候，阻力f无穷小（逼近μmg）;当D无穷小的时候，阻力f无穷大。由此可见，D越大，阻力f越小主要内容23总结：·铷磁铁的强度越大，小火车的速度和功率越大·电池电压越大，总电阻越小，速度越大，功率越大·铜线圈的直径D越大，速度越大，功率越大·铜线圈的紧密程度，即单位长度的匝数n越大，速度越大，功率越大·电池的极化现象不可忽略，它是导致速度、功率降低的一个原因主要内容24实验的不足之处：对于某些量并没有定量分析，某些量受器材影响，只做了理论分析铜线圈缠绕的不规则，对阻力的大小影响较大测量速度时小火车的加速过程没有考虑测量时用电子表手动测量，误差较大，主要内容25改进办法：改进实验器材，完善实验条件，改手动测量为自动测量改手动缠绕铜线圈为定做铜线圈，这样由于铜线圈不均匀带来的误差大大减小主要内容26实验的创新点：27