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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Fs外，还有磁阻尼力FB。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FB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：FB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：
Wsinθ?Kν?μWcosθ（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：
Kνtanθ???μ（2）
Wcosθ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C1，C2，……，C5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
表1 磁性滑块从斜面导轨不同倾角和不同高度下滑时的实验数据 斜面倾角 L/m 0.9051 0.8724 0.8407 0.7998 0.7750 序号 1 2 3 4 5 H/m 0.6352 0.6780 0.7152 0.7500 0.7841 θ/° 35.06 37.85 40.39 43.16 45.33 滑块从不同高度滑下通过A、B两点的时间t/s C1 2.59 2.10 1.94 1.69 1.43 C2 2.63 2.12 1.97 1.67 1.40 C3 2.59 2.14 1.93 1.69 1.41 C4 2.55 2.10 1.92 1.66 1.43 C5 2.57 2.11 1.95 1.66 1.42 t/s 2.59 2.11 1.94 1.67 1.42 tanθ 0.7018 0.7772 0.8057 0.9377 1.012 表2计算磁阻尼系数K和滑动摩擦系数μ数据处理结果 t/s L/m H/m θ/° cosθ v/(m/s) v/cosθ/(m/s) 0.9051 0.8724 0.8407 0.7998 0.7750 0.6352 0.6780 0.7152 0.7500 0.7841 35.06 37.85 40.39 43.16 45.33 2.59 2.11 1.94 1.67 1.42 0.8186 0.7896 0.7617 0.7294 0.7030 0.140 0.171 0.186 0.216 0.255 0.171 0.217 0.244 0.296 0.363 2、绘制tanθ-v/cosθ图像，结果如图1. 图1 tanθ-v/cosθ关系图tanθ1.210.80.60.40.2000.10.20.30.4y = 1.681x + 0.412R2 = 0.981v/cosθ/(m/s)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。