北京工商大学演示实验

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，如下图所示。由两部分组成：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

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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】

如果说苹果砸在牛顿头上是一种偶然，而他由此发现万有引力定律更是一种机遇，那么大学物理演示演实验室，则将这种偶然化为了平凡，然而谁会撞上牛顿般的机遇呢？与其说我的演示实验室一行是为了完成老师给的任务不如说是为了寻秘世间众多复杂事物背后的浅显真理，但大自然的奇迹早已偷走了我欲思考的心，而仅仅留下一种沉迷与忘我。还未来得及走出众多新奇现象，老师的催促声就已阻断了我通往现象背后简短原理的解释之路。于是我只能收寻斑驳的记忆，更多的是加上自己的一点拙见，算是探究了一番。

物理演示实验的种种奇观早已超出了美学的领地上升到了神秘而又新奇惹人爱慕的境界。我无法抗拒它奇秘的诱惑，因而仅仅漂浮在其表象，未能来得及深入其内脏以一探究竟。加之我本粗陋的知识储备，更无缘其美了。对此我感到深深遗憾。但我相信，我的虔诚是在揭示一个真理：我们真正应做的不是去思考这现象背后已被揭穿的真理，而是去寻找这些现象的良佳去处，即怎样才能把它们更多的应用到实践中去，以利于人们的生活。尽管我给它们物色的对象是如此粗陋。

此行与其说是获得了知识，开阔了眼界不如说是培养了我的兴趣与对神秘自然的热爱。我永不会忘记，忘记记忆中的那份痴迷与投入。未来的路上我将陪你一起走过，走过一个有意义的人生，那可爱的自然科学。