局域磁化现象-高考物理第一轮复习课件PPT

这是一份局域磁化现象-高考物理第一轮复习课件PPT，共13页。PPT课件主要包含了磁悬浮成因新解，模式1，模式3，模式2，模式5，模式4，模式6等内容，欢迎下载使用。
上面的这些推测还需要做些实验：1.确认永磁体极、面、极相吸、相斥、面相吸、相斥及不同阵列对超导体作用。2.观察电磁体（如导线或线圈）对超导体的作用。3.观察超导体翻转后吸引力和排斥力是否有改变。4.观察两块被磁化的超导体隔离一定距离相互作用力如何。5.观察超导体被磁化后,离开了永磁体,磁性是否能保持。6.观察超导体的磁性对电子束的作用如何,是否有如永磁体？上面的这些推测还需要做些实验：7.在常温、低温、弗兰克-赫兹管不充汞（或氦）、不加拒止电压的条件下分别做佛兰克-赫兹实验,进一步验证电子的行为。8.低温条件下做阴极射线实验。9.在低温|加外磁场的条件下做卢瑟福的粒子散射实验,观察低温|磁力对原子核和电子的影响与常温有何不同（主要是αβ粒子散射角度变化）。10.测量不同超导材料在超导态和常温态下产生电磁力的大小,最终计算出超导体的每个原子在两态时的磁力和磁力差,确认是只有表层电子还是全部电子参与悬浮。
为做实验之前我对悬浮成因的理解：我们知道普通的永磁体磁化后一端是N极,一端是S极,与另一块永磁体作用后表现为吸引或排斥或扭转,而超导体被磁化后既表现为吸引,又表现为排斥,推测：第一种可能,引力由电子（通过视频①可知,超导体在超导状态下能托起自重7万倍的物体,而且超导片只有0.5微米厚,所以我推测不只是最外层电子的贡献,可能是原子核外的全部电子；也可能由原子核产生；或电子产生引力而质子和中子产生斥力,也或相反,这两种力与永磁体的作用力保持平衡,实现悬浮。 第二种可能,通过我对永磁体对霍尔的作用力和永磁体的分区特性可知,极或面的不同区域微观上并不表现相同的作用力,看似铁板一块的永磁体,不同区域（极和面）可能表现为引力,也可能表现为斥力,对于超导体这种作用得到加强,即表现得更加明显,也就是说永磁体即吸引超导体,也排斥超导体,实现并维持力的平衡,呈现悬浮态。根据日常生活理解,温度对电子的影响可能会大些,由于其处于原子的外层,必然是其先获得或失去能量,所以我认为温度对原子核的影响较小,我们知道,很大的力量对原子核都不能撼动,如对撞时的夸克禁闭,从物质的三态的变化看高低温应该对电子的作用力较为敏感,核聚变需要巨大的能量和压力,核裂变也需要有慢中子撞击。
我对超导低电阻的理解：超导体被磁化后,所有的电子都处于面（也有可能是极）相斥的状态,在低温条件下得以保持,处于相斥状态的电子受到外力时非常容易的将作用于超导线A端的作用力传递到B端,表现为阻力较小,也就是低电阻。第一代库珀对的理论,按库珀对理论理解电子形成了极或面相吸的电子对,由起始的不确定状态,变为相吸状态,这样传递力将变得更加困难,电阻会更大,相斥的时候可以理解为弹性体,相吸的时候可以理解为刚性体,刚性体要想传递力最优的方案是整体是一块,如一根铁棒,即所有的电子都处于相吸的状态而不只是成对,形成所谓的凝聚态,这样电阻也会很小,但是形成凝聚态后处于常温状态时不可能短时间内恢复到基态,也就是说弛豫时间会很长,所以我更倾向于认为电子是处于相斥的状态,而不是形成凝聚态；所谓低电阻只是看电力磁力从哪个方向作用于导体中的电子更容易使电子处于激发态,并得以保持。由于不具备实验条件低电阻现象我没有进行相关的实验,这里只是我的一些推测。
二、研究对象：本实验研究对象为钇钡铜氧高温超导体的迈斯纳效应。即1933年,迈斯纳发现超导体的磁悬浮现象, 关键词：高温超导体 迈斯纳效应 磁悬浮 局域磁化三、实验设备和备品：圆形钇钡铜氧块体；柱状、圆形、方形、方框形钕磁体；液氮；可悬挂的针；示波器；泡沫容器；电木垫块。
四、试验观察：实验1 将超导体放入容器中加入液氮冷却,当达到临界温度后用永磁体的极面、非极面、边、角与超导体对应并趋近均呈现斥力,翻转超导体仍表现为斥力。经典解释：磁力线被完全排斥在超导体外,超导体具有完全抗磁性。实验2 如右图,将超导体、垫片和永磁体（1块）的N或S对着超导体放在容器内冷却一定时间撤出垫片,永磁体即悬浮在这一平衡位置,永磁体进一步趋近超导体时表现为斥力；远离时表现为引力；这时的永磁体可以沿着极轴(纵向轴)旋转,但是不能在这一平衡平面内移动,如移动,牵拉感明显,松手后迅速回原位,这就是说这时永磁体具有旋转自由度而没有左右和上下平移自由度；但是，如翻转磁极，只需按压1-3秒左右就能再次悬浮，移动位置也是一样，只要是在新的位置适当按压即可再次悬浮。
实验3 如右图,将超导体、垫片和永磁体(1块)的非极面对着超导体放在容器内冷却一定时间撤出垫片,永磁体即悬浮在这一平衡位置,这时,永磁体趋近超导体时表现为斥力；远离时表现为引力；永磁体仍可以沿着极轴(图示的横向轴)旋转,同样不能在这一平衡平面内移动,如移动松手后迅速回原位,这就是说这时永磁体具有旋转自由度而没有上下和左右平移自由度；实验4 如右图,将超导体、垫片和永磁体(2块极相吸)的非极面对着超导体放在容器内冷却一定时间撤出垫片,永磁体即悬浮在这一位置,这时的永磁体仍可以沿着极轴旋转, 永磁体趋近超导体时表现为斥力；远离时表现为引力；同样不能在这一平衡平面内移动,如移动松手后迅速回原位,这就是说永磁体极相吸面对着超导时,有如单体，具有沿着极轴旋转的自由度而没有上下和左右平移自由度；
实验5 如右图,将超导体、垫片和永磁体（2块面相吸）的 N S极面对着超导体放在容器内冷却一定时间撤出垫片,永磁体即悬浮在这一位置,这时的永磁体不能旋转, 也不能上下左右移动,如移动松手后迅速回原位,这就是说,这时永磁体没有自由度，呈现现在说的量子锁定状态；实验6 如图模式5将面相吸的2块偏大一些的永磁体放在下面,然后放垫片、容器、超导体、和极面对着超导体放在容器内冷却一定时间撤出垫片,永磁体即悬浮在这一位置,永磁体趋近超导体时表现为斥力；远离时表现为引力；这时的超导体没有旋转自由度,有一个如右图(顶视图)模式5所示向上方平移的自由度,无其他方向自由度，其他方向牵拉感明显,并迅速恢复原位；
实验7 如右图,将超导体、垫片和永磁体（2块面相吸）的非极面对着超导体放在容器内冷却一定时间撤出垫片,永磁体未观察到悬浮现象。该模式单一一块永磁体时是可以平稳悬浮和旋转的。可能是他们之间的作用力不足以使两块永磁体悬浮，因为我网购的超导体较小。
实验8 将超导体冷却到临界温度以下,用永磁体的N极对着超导体的一个平面按压1-3秒左右使其呈现钉扎状态,弃永磁体后将超导体移向示波器的阴极射线管,点状的阴极射线向左侧移动,这是永磁体对阴极射线的作用力方向,同样用S极处理的超导体作用于阴极射线,阴极射线向右侧移动，可以看出这时的超导体的磁性有如永磁体,但是这一延迟的时间比较短,同时我用悬挂的针观察了这一延迟现象。后续，我又用实验1、实验2、实验5模式磁化超导体后观察阴极射线的变化，可以肯定的是超导体被永磁体磁化后，具有永磁体的极和面的特性。由于我准备的不充分,同时资金有限,没有温度和力学检测设备，众多相互作用没有观察。
五、实验结论：迈斯纳效应是一种永磁体对超导介质的局域磁化效应。六、实验结论解释：第一种可能：斥力来源于电子,引力来源于原子核中的质子和中子[这一确认还需要做前述那些实验。]；第二种可能：我们知道每个原子都占有一定的空间,电子可能分布在原子核外的两侧,本侧（对着永磁体的一侧）的电子与永磁体表现为斥力,那么对侧的电子与永磁体就表现为斥力，实现引力和斥力平衡。但是这里有一个不能被忽视的的现象，就是超导的同位素效应，我们知道汞的各种同位素只是中子数不同（现在认知），不带电的中子对超导转变温度都有影响，质子在超导的作用机理中一定扮演着重要的角色。前面的实验从永磁体的极、面与超导体的作用进行了研究,这些角度是以前没有被关注的,超导体的磁性与永磁体的磁性相比,只是多了一个反向作用,反向作用的出现是在按压（这是磁化超导的过程）超导体（或永磁体）后才出现的,还需要维持一定的时间,才表现为引力，模式1是现在理论介绍的磁悬浮模式，但是实际上并不是只有模式1才能呈现悬浮态，模式1不能完全锁定，他可以沿极轴旋转。
模式2是永磁体面对着超导体的，永磁体可以沿极轴自由旋转，这时是永磁体面的N极区和S极区分别对超导体的局部进行磁化，呈现出相反的作用力，这个磁化过程与上述的一样，都需要一定的时间。普通介质的磁化是整体行为,如一个钢针或一块钕永磁体胚料的磁化,而超导介质却可以实现局域磁化，磁化后横向力被淡化，而纵向的引力和斥力得到加强，他有个延迟(迈斯纳他们描述的去掉磁场超导体的磁性马上就消失是错误的)；模式3、4、5与模式1相近只是都采用了两块永磁体，局域磁化现象表现得更明显，与我们熟知的软磁体磁化接近。我实验后认为：磁力能非常顺利的穿过超导体，简单的按压或先磁化后降温即可，迈斯纳他们的结论是磁场不能穿过超导体，实际上迈斯纳效应不能肯定的回答这一问题，只是推测，后来也没有人真正设计实验进行检测这一重要现象，只是引用他们的结论；撤掉磁场后超导仍有很长一段时间具有磁性，与迈斯纳他们的观察撤掉磁场后超导体(锡球)就没有磁性也不符，超导被磁化远离永磁体后的磁性与永磁体的磁性相同，只是比较微弱。我们来看看这一体系里都有哪些力（能量）：原子核和电子这是一对平衡的力，保持着原子结构的稳定，低温能量的介入，由于电子处于表层，所以电子的热运减弱，这时，电子和液氮提供的低温能量呈现平衡态，又由于原子核距离核外电子非常遥远，原子核受低温能量的影响较小心，应该是电子的斥力和原子核的引力互不干扰，表现出一种能量的平衡态，即悬浮态。
上述链接是北大陈秉乾老师讲的迈斯纳他们的思考和实验过程，他们的结论是磁场不能穿过超导体，撤掉磁场后超导体(锡球)就没有磁性。
致谢 陈秉乾老师,及其他众多网友在B站、优酷、百度等网络平台上分享的知识．