磁悬浮导轨上碰撞设计性实验
磁悬浮导轨上的力学实验误差分析
磁悬浮导轨上的力学实验误差分析作者：李爽周晓红胡永金毛书哲来源：《科技视界》2020年第18期摘要磁悬浮实验套装在一定程度上普及了磁悬浮技术的应用，但是由于仪器设计的自身限制，使得实验误差比较大，文章在分析了引起实验误差的基础上，既对实验指导提出了可行性意见，又在仪器研发的设计上给出了合理的建议。
关键词磁悬浮;DHSY-1型;误差分析;仪器改进中图分类号： P204 ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 文献标识码： ADOI：10.19694/ki.issn2095-2457 . 2020 . 18 . 12随着科技的发展，磁悬浮技术的应用越来越广泛，为了使学生在物理实验学习中了解并掌握磁悬浮技术，我校大学物理实验教学中心引入了磁悬浮实验仪器套装，开设相关的力学实验，取得了一定的教学效果。
但是在实验过程中，也发现该磁悬浮仪器套装在设计上有一定的局限性，在数据测量中存在一定的误差。
1 仪器介绍本实验室采用的磁悬浮仪器套装是DHSY-1型，实验装置如图1所示，有导轨、滑块、光电门、计数器等配件组成，导轨主体部分呈槽轨状。
此仪器套装采用的是最基本的永磁悬浮技术，即在槽轨底部的中心轴线嵌入一层永磁体（钕铁硼NdFeB磁钢），同时在滑块的底部安装同极性的磁钢，形成两组带状磁场，如下图2所示。
滑块与导轨是同极性磁铁，上下之间产生斥力，使滑块浮起来，避免相互接触，从而减少了运动的阻力此外，滑块在导轨槽内滑行，为了减小与两侧挡板摩擦，在滑块的两侧设计有滑轮。
2 误差分析与仪器设计2.1 滑轮与两侧挡板间的摩擦滑块在导轨内运行时，为了保证滑块在运行过程中不发生倾斜，处于稳定状态，必须使其与两侧挡板接触。
虽然在设计滑轮的设计时，它是可以内外伸缩的，滑轮与挡板的动摩擦因数也很小，但是有些同学在实验过程中，不调节滑轮的位置，致使滑轮与挡板密切接触，使得摩擦力增大，滑块上滑轮与导轨位置上方俯瞰图如下图3所示。
2.2 滑块在运行过程中上下浮动由于滑块运行过程中在竖直方向上受到的是重力和磁力的作用，其受力分析示意图如上图4所示。
磁悬浮实验报告(二)2024
磁悬浮实验报告（二）引言概述：本文是关于磁悬浮实验的报告，主要介绍了磁悬浮技术的原理和应用。
通过逐步探索磁悬浮的机制和实验条件，我们进一步认识了磁悬浮技术在交通运输和工程领域的巨大潜力。
本报告将首先介绍磁悬浮的基本原理，然后讨论具体实验的方法和结果，最后总结实验的主要收获和局限性。
正文：1. 磁悬浮的基本原理：- 电磁原理- 磁悬浮的运行机制- 磁悬浮与传统交通方式的比较- 磁悬浮对环境的影响2. 实验方法：- 实验装置的搭建- 实验所需材料和设备的准备- 实验条件和参数的设定- 数据采集和记录方法- 实验的安全措施3. 实验结果与分析：- 磁悬浮列车的悬浮高度与速度的关系- 磁悬浮列车的推力与电流的关系- 磁悬浮装置的能耗与负载的关系- 磁悬浮装置的稳定性和安全性分析- 磁悬浮技术在轨道交通和物流方面的应用展望4. 实验的主要收获：- 深入了解了磁悬浮技术的特点和工作原理- 掌握了磁悬浮实验的常用方法和数据处理技巧- 发现了磁悬浮技术在交通运输领域的潜力和局限性- 对磁悬浮技术的发展和应用提出了一些建议5. 实验的局限性和改进方向：- 实验条件限制和误差分析- 实验过程中的技术难题和挑战- 磁悬浮技术在实际应用中需要解决的问题- 下一步实验的改进方向和扩展总结：通过本次磁悬浮实验，我们对磁悬浮技术的原理和实际应用有了更深入的了解。
我们发现，磁悬浮技术具有广阔的应用前景，可以用于提高交通运输的效率和减少能源消耗。
然而，磁悬浮技术在工程实践中还面临着一些技术和经济上的挑战。
在未来的研究中，我们将进一步优化磁悬浮实验方法，探索更好的磁悬浮材料和设备，以实现更高效、安全和可持续的磁悬浮系统。
磁悬浮实验实验报告
磁悬浮实验实验报告磁悬浮实验实验报告引言：磁悬浮技术是一项基于磁力原理的先进技术，广泛应用于交通运输、科研实验等领域。
本实验旨在通过搭建一个简单的磁悬浮装置，探究磁悬浮技术的原理和应用。
实验一：磁悬浮装置的搭建我们首先准备了以下材料：一块磁性材料、一块导电材料、一块永磁体、一根铜线和一台电源。
我们将磁性材料和导电材料分别固定在一块平板上，然后将永磁体放置在平板下方。
接下来，我们将铜线连接到电源上，并将其放置在导电材料上方。
当通电时，铜线中的电流会产生磁场，与永磁体的磁场相互作用，从而使导电材料悬浮在磁性材料上方。
实验二：磁悬浮装置的稳定性为了测试磁悬浮装置的稳定性，我们对装置进行了一系列实验。
首先，我们调整电源的电流，观察导电材料在不同电流下的悬浮高度。
结果显示，随着电流的增加，导电材料的悬浮高度逐渐增加。
这表明，磁悬浮装置的稳定性与电流大小有关。
接下来，我们改变了永磁体的位置，观察导电材料的悬浮情况。
实验结果显示，当永磁体离导电材料较近时，悬浮高度较低；而当永磁体离导电材料较远时，悬浮高度较高。
这说明，磁悬浮装置的稳定性与永磁体与导电材料之间的距离有关。
实验三：磁悬浮装置的应用除了探究磁悬浮装置的原理和稳定性外，我们还研究了其在实际应用中的潜力。
磁悬浮技术在交通运输领域有着广泛的应用，例如高速磁悬浮列车。
这种列车通过利用磁悬浮技术，可以在轨道上悬浮行驶，减少了与轨道的摩擦阻力，提高了列车的运行速度和效率。
此外，磁悬浮技术还可以应用于科研实验。
例如，在物理学实验中，磁悬浮装置可以用于制造零摩擦环境，以便研究物体的运动规律。
在化学实验中，磁悬浮技术可以用于悬浮液滴，以便进行微小反应的观察和控制。
结论：通过本次实验，我们成功搭建了一个简单的磁悬浮装置，并探究了其原理、稳定性和应用。
磁悬浮技术在交通运输和科研实验中具有重要的应用价值。
未来，我们可以进一步研究磁悬浮技术的改进和创新，以推动其在更多领域的应用和发展。
磁悬浮碰撞实验报告
磁悬浮碰撞实验报告实验目的本实验旨在研究磁悬浮技术在碰撞领域中的应用，通过设计实验并进行数据分析，探究磁悬浮碰撞实验的特点和效果。
实验装置和原理实验采用了磁悬浮装置和碰撞器。
磁悬浮装置是一种利用磁场控制物体悬浮的技术，通过电磁铁产生的磁场与物体上的磁体相互作用，实现物体的悬浮状态。
碰撞器则是用来制造碰撞的装置，通常由两个物体组成，利用它们的运动速度和质量之间的关系，来研究碰撞现象。
实验过程1. 首先将磁悬浮装置放置在水平台上，并调整磁场，使悬浮物体稳定悬浮。
2. 然后在碰撞器的两端放置两个小球，调整其初速度和相对质量来控制碰撞实验的条件。
3. 启动实验装置，使两个小球运动起来，并记录下运动的轨迹和速度。
4. 重复实验多次，取平均值并进行数据分析。
实验结果通过实验数据的统计和分析，我们得出以下结果：1. 小球的初始速度和质量对碰撞效果有影响。
当初始速度相同的情况下，质量较大的小球对质量较小的小球有较大的撞击力，产生较大的反作用力。
2. 小球的碰撞效果受到空气摩擦力的影响。
当实验环境的空气流动较大时，小球的效果会受到一定的影响，导致实验结果的偏差。
3. 磁悬浮技术能够有效控制碰撞实验的条件，提供了稳定的碰撞平台，使实验结果更加可靠。
实验讨论根据实验结果的分析，我们可以得出以下讨论：1. 磁悬浮碰撞技术在碰撞领域具有重要的应用价值。
通过磁场的控制，可以精确控制碰撞的初始条件，用于研究物体碰撞的力学特性。
2. 实验中的空气摩擦力对碰撞效果产生一定的影响，因此在实际应用中需要注意环境的控制，以减少误差。
3. 实验结果对碰撞理论和碰撞实践具有重要意义，为进一步研究物体碰撞现象提供了依据和参考。
总结通过本次磁悬浮碰撞实验，我们深入了解了磁悬浮技术在碰撞领域中的应用。
实验过程中我们设计了合适的实验方案，获得了可靠的实验结果，并对实验结果进行了充分的分析和讨论。
实验结果表明磁悬浮碰撞技术具有广阔的应用前景，并对碰撞理论和实践具有重要影响。
有趣物理高中实验教案设计
有趣物理高中实验教案设计
实验目的：通过观察磁场对物体的作用，了解磁场对物体的影响，并探究磁力的特性。
实验材料：
- 磁浮小车
- 磁悬浮轨道
- 磁铁
- 手电筒
实验步骤：
1. 将磁悬浮轨道放在水平桌面上，并将磁铁放在轨道的底部。
2. 将磁力小车放在轨道上，观察小车被磁场悬浮的现象。
3. 将手电筒轻轻靠近小车，观察小车的运动情况。
实验问题：
1. 为什么磁力小车可以在磁场中悬浮？
2. 手电筒的电磁场对小车有什么影响？
实验预期结果：
1. 小车可以在磁场中悬浮，因为磁场对小车施加的磁力跟重力相等，使得小车处于平衡状态。
2. 手电筒的电磁场会影响小车的运动，使得小车向手电筒靠拢或远离。
实验总结：
通过本实验，我们了解了磁场对物体的作用，以及磁力的特性。
在实验中，我们可以看到磁力对小车产生的影响，并通过手电筒的电磁场进一步观察了磁场对物体的影响。
这个实验不仅有趣，还能帮助我们更深入地理解物理原理。
磁悬浮演示实验报告
磁悬浮演示实验报告磁悬浮演示实验报告引言：磁悬浮技术是一种基于磁力原理的悬浮系统，通过利用磁场的相互排斥或吸引作用，使物体悬浮在空中。
这项技术在交通运输、能源、医疗等领域具有广泛的应用前景。
本实验旨在通过磁悬浮演示实验，展示磁悬浮技术的原理和应用。
实验设备：本次实验所需的设备包括磁悬浮装置、磁悬浮轨道、演示物体等。
磁悬浮装置由电磁铁和磁铁组成，通过调节电流大小可以改变磁场的强度。
磁悬浮轨道则是由一系列磁铁排列而成，形成一个磁场梯度。
实验过程：首先，我们将磁悬浮轨道放置在实验台上，并将磁悬浮装置悬挂在轨道上方。
然后，我们选择一个合适的演示物体，如一个小球，将其放置在磁悬浮装置的悬浮位置上。
接下来，我们通过调节电流大小，使磁悬浮装置产生一个与演示物体相互作用的磁场。
当电流通过电磁铁时，会产生一个磁场，与磁悬浮轨道上的磁场相互作用，从而实现演示物体的悬浮。
实验结果：通过实验观察，我们可以清楚地看到演示物体在磁悬浮装置的悬浮位置上悬浮起来。
这是因为磁悬浮轨道上的磁场与磁悬浮装置产生的磁场相互作用，产生了一个向上的磁力，使演示物体克服重力而悬浮在空中。
当我们调节电流大小时，可以改变磁场的强度，从而调整演示物体的悬浮高度。
实验讨论：磁悬浮技术的应用非常广泛。
在交通运输领域，磁悬浮列车可以通过磁场的相互作用，实现车辆的悬浮和运行，具有高速、低噪音和低能耗的特点。
在能源领域，磁悬浮发电机可以通过磁场的相互作用，实现转子的悬浮和旋转，提高发电机的效率和稳定性。
在医疗领域，磁悬浮手术器械可以通过磁场的相互作用，实现器械的悬浮和精确操作，减少手术创伤和恢复时间。
然而，磁悬浮技术也存在一些挑战和限制。
首先，磁悬浮装置的制造成本较高，限制了其在大规模应用中的推广。
其次，磁悬浮系统对环境的要求较高，需要在无磁性材料和低温环境下运行，增加了系统的复杂性和成本。
此外，磁悬浮系统的稳定性和安全性也是需要考虑的因素，特别是在高速运行和复杂工况下。
实验3磁悬浮实验
实验3 磁悬浮实验
一、实验内容与数据处理
1.检查磁悬浮导轨的水平度, 检查测试仪的测试准备
把磁悬浮导轨设置成水平状态。
水平度调整有两种方法：（1）把配置的水平仪放在磁悬浮导轨槽中, 调整导轨一端的支撑脚, 使导轨水平。
（2）把滑块放到导轨中, 滑块以一定的初速度从左到右运动, 测出加速度值, 然后反方向运动, 再测出加速度值, 若导轨水平, 则左右运动减速情况相近。
检查导轨上的第一光电门和第二光电门有否与测试仪的光电门I和光电门II 相连, 开启电源, 检查测试仪中数字显示的参数值是否与光电门挡光片的间距参数相符, 否则必须加以修正, 并检查“功能”是否置于“加速度”。
以i s 为横坐标2i v 为纵坐标作图。
3.重力加速度g 的测量
两光电门之间距离固定为s 。
改变斜面倾斜角 , 滑块每次由同一位置滑下, 依次经过两个光电门, 记录其加速度 。
i
)/(20s cm a i )/(2s cm a i i θsin 1
52.72 51.68 6.8/120 2 44.84 43.80 6/120 3 36.98 35.94 5/120 4 28.63 27.59 4/120 5
21.10
20.06
3/120
（1）根据g=
θ
sin a
,分别算出每个倾斜角度下的重力加速度g ；
g=10m/2
s
计算测得的重力加速度的平均值 , 与本地区公认值 相比较, 求出
%100||⨯-=标
标g g g E g =2.04%
二、分析与讨论
1.实验做完后, 磁浮滑块不可长时间放在导轨中, 防止滑轮被磁化。
磁悬浮实验的基本原理和设计思路
磁悬浮实验的基本原理和设计思路一、悬浮原理磁悬浮实验的基本原理是利用磁力的相互作用，使物体在空气中悬浮。
具体来说，磁悬浮实验是通过电磁感应的方式产生一个交变电流，这个电流会产生一个变化的磁场。
当物体放置在这个变化的磁场中时，它会受到一个向上的推力，从而使物体悬浮在空气中。
二、设计思路1. 系统结构磁悬浮实验系统主要由以下几部分组成：控制系统、传感器、电源、导轨和载体。
其中，控制系统负责控制电源输出和传感器采集数据；传感器用于检测载体位置和速度；电源提供所需的电能；导轨是载体运动的基础；载体则是被悬浮在导轨上的物体。
2. 系统工作原理系统工作原理如下：（1）控制系统通过传感器采集载体位置和速度信息，并将其送回控制器。
（2）控制器根据采集到的信息计算出所需输出的电流，并将其发送给电源。
（3）电源根据控制器发送过来的信号输出相应大小和方向的电流。
（4）导轨上的线圈受到电流的作用，产生一个变化的磁场。
（5）载体中的磁体受到变化的磁场作用，产生一个向上的推力，使其悬浮在导轨上。
（6）载体位置或速度发生变化时，传感器会重新采集信息，控制系统会重新计算输出电流，并将其发送给电源，以保持载体在正确位置上悬浮。
三、关键技术1. 控制系统控制系统是整个磁悬浮实验中最关键的部分之一。
它需要能够准确地控制电源输出和传感器采集数据，并根据采集到的数据计算出所需输出的电流。
因此，在设计控制系统时需要考虑如何提高控制精度、降低噪声干扰等问题。
2. 传感器传感器是另一个关键技术。
它需要能够准确地检测载体位置和速度，并将这些信息反馈给控制系统。
常用的传感器包括霍尔元件、光电开关等。
在选择传感器时需要考虑其精度、响应速度等因素。
3. 电源磁悬浮实验中需要使用高频交流电源。
在选择电源时需要考虑其输出电流大小和稳定性等因素。
4. 导轨导轨是载体运动的基础，因此其设计也非常重要。
常用的导轨包括线圈导轨和永磁导轨两种。
在选择导轨时需要考虑其制造工艺、成本等因素。
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磁悬浮导轨碰撞设计性实验研究
【实验目的】
（1）了解磁悬浮的物理思想和永磁悬浮技术；
（2）用两个磁悬浮滑块, 设计多种弹性和非弹性碰撞实验；
（3）观察系统中物体间的各种形式的碰撞，考察动量守恒定律；
（4）观察碰撞过程中系统动能的变化，分析实验中的碰撞是属于那种类型的碰撞
【设计要求及实验内容】
（1）设计一种相对弹性碰撞；
（2）设计一种相对非弹性碰撞；
（3）设计一种尾随弹性碰撞；
（4）设计一种尾随非弹性碰撞；
以上实验需画出发生碰撞试验的示意图。
设计数据记录和处理的表格，表格中必须列入动量增量和动能增量及其相对变化值。
【主要实验器材】
(1)DHSY型磁悬浮动力学实验仪
(2)DHSY型磁悬浮导轨实验智能测试仪
(3)磁悬浮滑块
【实验原理、方法提示】
1. 磁悬浮原理
随着科技的发展，磁悬浮技术的应用成为技术进步的热点，例如磁悬浮列车。
永磁悬浮技术作为一种低耗能的磁悬浮技术，也受到了广泛关注。
本实验使用的永磁悬浮技术，是在磁悬导轨与滑块两组带状磁场的相互斥力作用之下，使磁悬滑块浮起来，从而减少了运动的阻力，来进行多种力学实验。
实验装置如图1所示。
磁悬浮导轨实际上是一个槽轨，长约1.2米,在槽轨底部中心轴线嵌入钕铁硼NdFeB磁钢，在其上方的滑块底部也嵌入磁钢，形成两组带状磁场。
由于磁场极性相反，上下之间产生斥力，滑块处于非平衡状态。
为使滑块悬浮在导轨上运行,采用了槽轨。
在导轨的基板上安装了带有角度刻度的标尺。
根据实验要求，可把导轨设置成不同角度的斜面。
1.手柄
2.光电门Ⅰ
3.磁浮滑块
4.光电门Ⅱ
5.导轨
6.标尺
7.角度尺
8.基板 9计时器
图5.9.1 磁悬浮实验装置
图5.9.2 磁悬浮导轨截面图
2.碰撞
本实验是在磁悬浮导轨上进行的，提供三辆滑块；一辆滑块是一头装有弹簧；一辆滑块装有粘性尼龙毛，一辆滑块装有粘性尼龙刺。
碰撞装置如图3所示。
设有两物，其质量各为1m 和2m ，碰撞前的速度各为0201υυ
和，碰撞后的速
度各为1211υυ
和而且在碰撞的瞬间，此二物体构成的系统，在所考察的速度方向
上不受外力的作用或所受的外力远小于碰撞时物体间的相互作用力，则根据动量守恒定律，系统在碰撞前的总动量等于碰撞后的总动量。
即：
122111022011υυυυ
m m m m +=+
图5.9.3碰撞试验装置图
系统在碰撞前后的动能，却不一定守恒，根据动能的变化和运动状态，把碰撞分为三种类型：
（1）碰撞过程中没有机械能损失，系统的总动能保持不变，称为“弹性碰撞”。
（2）碰撞过程中有机械能损失，系统碰撞后的动能小于碰撞前的动能，称为“非弹性碰撞”。
（3）碰撞后两物体连接在一起运动，即两物体在碰撞后的速度相等，称为“完全非弹性碰撞”。
碰撞形式可以多种多样，就是在导轨上也可以有相对碰撞和尾随碰撞，0201υυ
和速度方向可以相反亦也可以相同，1211υυ 和亦是如此，01υ亦也可以为零。
3. DHSY 型磁悬浮导轨实验智能测试仪使用方法
磁浮导轨上有两个光电门，本光电测试仪测定并存贮了运动滑块上的二条挡光片通过第一光电门时的第一次挡光与第二次挡光的时间间隔1t ∆和通过第二光电门时的第一次挡光与第二次挡光的时间间隔2t ∆，运动滑块从第一光电门到第二光电门所经历的时间间隔t ∆ 。
根据两档光片之间的距离参数即可运算出滑块上两挡光片通过第一光电门时的平均速度1
1v t x ∆∆=和通过第二光电门时的平均速
度2
2v t x
∆∆=。
根据加速度定义，在t ∆时间内的加速度为：t
v v a ∆-=1
2。
根据测得的1t ∆、2t ∆、t ∆和键入的挡光片间隔x ∆值，经智能测试仪运算已显示，得1v 、2v ，0a ；测试仪中显示的1t ，2t ，3t 对应上述的1t ∆、2t ∆、t ∆。
（1）按‘功能’按钮，选择工作模式，选择加速度模式，相应指示灯亮。
（2）按‘翻页’按钮，可选择需存储的组号或查看各组数据。
（3）按‘开始’按钮，即开始一次测量过程，测量结束后数据会自动保存在当前组中。
(4) 测量数据依次显示顺序：加速度：t1—>v1—>t2—>v2—>t3—>a ，碰撞：At1—>Av1—>At2—>Av2—>Bt1—>Bv1—>Bt2—>Bv2，对应的指示灯会依次亮，每个数据显示时间为2秒。
(5) 清除所有数据按‘复位’按钮。
（6) 碰撞模式说明（碰撞模式：见表1）。
左 |光电门1 光电门2 | 右
—————|—————————————————————|——————— | |
‘—>’向右运动；‘<—’向左运动；‘__0’静止
4.注意事项
实验做完后，磁浮滑块不可长时间放在导轨中，防止滑轮被磁化。
表一：实验设置模式及操作方法
注：A、B分别表示导轨中的滑块。