磁悬浮动力学实验.doc

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1、DHSY-1型磁悬浮动力学实验仪实验一动力学基础实验随着科技的发展，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作斥力之下，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。通过实验，学生可以接触到磁悬浮的物理思想和技术，拓宽知识面，加深牛顿定律等动力学方面的感性知识。本实验仪可构成不同倾斜角的斜面，通过滑块的运动可研究匀变速运动直线规律，加速度测量的误差消除，物体所受外

2、力与加速度的关系等。【一】实验目的1．学习导轨的水平调整，熟悉磁悬导轨和智能速度加速度测试仪的调整和使用；2．学习矢量分解；3．学习作图法处理实验数据，掌握匀变速直线运动规律；4．测量重力加速度g，并学习消减系统误差的方法；5．探索牛顿第二定律，加深物体运动时所受外力与加速度的关系；6．探索动摩擦力与速度的关系。【二】实验原理1．瞬时速度的测量一个作直线运动的物体，在△t时间内，物体经过的位移为△s，则该物体在△t时间内的平均速度为为了精确地描述物体在某点的实际速度，应该把时间△t取得越小越好，△t越小，所

3、求得的平均速度越接近实际速度。当△t→0时，平均速度趋近于一个极限，即(1)这就是物体在该点的瞬时速度。但在实验时，直接用上式来测量某点的瞬时速度是极其困难的，因此，一般在一定误差范围内，且适当修正时间间隔（见图5、6），可以用历时极短的△t8内的平均速度近似地代替瞬时速度。2.匀变速直线运动如图1所示，沿光滑斜面下滑的物体，在忽略空气阻力的情况下，可视作匀变速直线运动。匀变速直线运动的速度公式、位移公式、速度和位移的关系分别为：(2)(3)(4)如图2所示，在斜面上物体从同一位置处(置第一光电门)静止开始

4、下滑，测得在不同位置，，……处(置第二光电门)，用智能速度加速度测试仪测量，，……和速度为，，……。以为横坐标，为纵坐标作图，如果图线是一条直线，则证明该物体所作的是匀变速直线运动，其图线的斜率即为加速度，截距为。同样取,作图和图，若为直线，也证明物体所作的是匀变速直线运动，两图线斜率分别为和，截距分别为和。图1图2物体在磁悬浮导轨中运动时，摩擦力和磁场的不均匀性对小车可产生作用力,对运动物体有些阻力作用，用来表示，即,作为加速度的修正值。在实验时，把磁悬浮导轨设置成水平状态，在滑块放到导轨中，用手轻推一下

5、滑块，让其以一定的初速度从左（在斜面状态时的高端）到右运动，依次通过光电门Ⅰ和Ⅱ，测出加速度值。重复多次，用不同力度，推动一下滑块，测出其加速度值，比较每次测量的结果，查看有何规律。平均测量结果，得到滑块的阻力加速度。3．系统质量保持不变，改变系统所受外力，考察动摩擦力的大小，及其与外力8的关系。考虑到滑块在磁悬浮导轨中运动时，将其所受阻力用来表示。根据力学分析滑块所受的力则有：（5）用已知重力加速度g=9.80m/s2，及小车质量，通过测量不同轨道角度时的滑块加速度值，可以求得相应的动摩擦力大小。将与的值

6、作图，可以考察与的关系。4．重力加速度的测定，及消减导轨中系统误差的方法令，则有：（6）式中作为与动摩擦力有关的加速度修正值。（7）（8）（9）……根据前面得到的动摩擦力与的关系可知，在一定的小角度范围内，滑块所受到动摩擦力近似相等，且，即由（7）（8）（9）式可得到：（10）5．系统质量保持不变，改变系统所受外力，考察加速度和外力的关系根据牛顿第二定理,，斜面上，故：如图1所示，设置不同的角度、、……的斜面，测出物体运动的加速度，,3……作拟合直线图，求出斜率，，即可求得。8【三】实验装置1．磁悬浮原理1

7、)、磁悬浮原理：磁悬浮实验装置如图3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Ⅰ3.磁浮滑块4.光电门Ⅱ5.导轨6.标尺7.角度尺8.基板9计时器图3磁悬浮实验装置图4磁悬浮导轨截面图2．仪器使用计时器按模式0功能进行

8、操作（见附件）；每条导轨配有三个滑块，用来研究运动规律。每个滑块上有二条挡光片，滑块在槽轨中运动时，挡光片对光电门进行挡光，每挡光一次，光电转换电路便产生一个电脉冲讯号，去控制计时门的开和关（即计时的开始和停止）。8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的时间间隔和通过第二光电门的时间间隔，运动滑块从第一光电门到第二光电门所经历的时间间隔。根据两挡光片之间的距离参数，即可