一种用于高中物理验证动量守恒定律的磁悬浮导轨的制作方法

本发明涉及高中物理实验器材技术领域，更具体地说，涉及一种用于高中物理验证动量守恒定律的磁悬浮导轨。

背景技术：

动量守恒定律和能量守恒定律以及角动量守恒定律一起成为现代物理学中的三大基本守恒定律。最初它们是牛顿定律的推论，但后来发现它们的适用范围远远广于牛顿定律，是比牛顿定律更基础的物理规律，是时空性质的反映。动量守恒定律是自然界中最重要，最普遍的守恒定律之一，它既适用于宏观物体，也适用于微观粒子；既适用于低速运动物体，也适用于高速运动物体，甚至对力的作用机制尚不清楚的问题中，动量守恒定律也适用。

在高中物理教学中经常需要使用到气垫导轨，例如需要做“验证碰撞中的动量守恒”实验，实验原理是在一维碰撞中，测出相碰的两物体的质量m1，和m2，及碰撞前、后物体的速度v1，v2及v1’，v2’，找出碰撞前的动量p＝m1v1+m2v2及碰撞后的动量p＝m1v1’+m2v2’，看碰撞前、后动量是否守恒。所需要的实验器材有：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针和橡皮泥。利用气垫导轨完成一维碰撞实验的实验步骤为：(1)测质量：用天平测出滑块质量。(2)安装：正确安装好气垫导轨。(3)实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(①改变滑块的质量；②改变滑块的初速度大小和方向)。(4)验证：一维碰撞中的动量守恒。还有验证机械能守恒定律时，也需要用到气垫导轨。

使用气垫导轨是为了减少甚至消除实验过程中导轨对滑块的摩擦，使实验的结果更加的准确，现有的气垫导轨都需要配合气源的输入，一般都是使用的外接气泵，但由于外接气泵和气垫导轨之间需要较为密闭的连接，使用过程极易产生漏气的情况，而且外接的气泵在实验时存在安全风险，来回搬运也十分不方便，需要组装调试也会浪费很多宝贵的时间，以至于很多学校在实际的教学中直接不使用气泵，这样又会影响教学的效果，不利于学生快速准确的了解实验的本质。

技术实现要素：

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于高中物理验证动量守恒定律的磁悬浮导轨，它可以实现采用磁悬浮的原理，取代了高中实验中需外接气泵的气垫导轨，操作简单，搬运方便，极大程度上解决了现有技术中使用气泵的各种繁杂组装步骤，消除了各种潜在安全隐患，可大幅提升教师教学的效率，便于学生快速准确的通过实验学习知识。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种用于高中物理验证动量守恒定律的磁悬浮导轨，包括底座，所述底座的上端固定连接有定导轨，所述定导轨上套接有一对与定导轨相匹配的滑块，两个所述滑块的质量相同，所述定导轨与滑块之间存在间隙，所述定导轨的下端固定连接有一对第一悬浮磁铁，所述滑块上固定连接有与第一悬浮磁铁相匹配的第二悬浮磁铁，所述定导轨的两侧均固定连接有第一导向磁铁，所述滑块上固定连接有与第一导向磁铁相匹配的第二导向磁铁，所述定导轨的上端固定连接有电磁铁，所述滑块上固定连接有与电磁铁相匹配的辅助磁铁，所述第一悬浮磁铁与第二悬浮磁铁、第一导向磁铁与第二导向磁铁和电磁铁与辅助磁铁相靠近的磁极均为同名磁极，所述滑块的上端固定连接有砝码框，所述砝码框内放置有砝码，所述底座的两端均固定连接有固定板，所述固定板上开凿有穿绳孔，其中一个所述固定板远离底座的一侧固定连接有定滑轮，另一个所述固定板远离底座的一端连接有控制盒，所述控制盒上固定连接有控制器，所述控制盒内固定连接有控制主板，所述控制主板与电磁铁电性连接，它可以实现采用磁悬浮的原理，取代了高中实验中需外接气泵的气垫导轨，操作简单，搬运方便，极大程度上解决了现有技术中使用气泵的各种繁杂组装步骤，消除了各种潜在安全隐患，可大幅提升教师教学的效率，便于学生快速准确的通过实验学习知识。

进一步的，其中一个所述固定板上固定连接有一对缓冲块，且缓冲块位于靠近滑块的一侧，可防止滑块的速度过大时对固定板造成较大的撞击，不易造成滑块或固定板的损坏。

进一步的，所述滑块上开凿有与穿绳孔相匹配的挂钩槽，所述挂钩槽上固定连接有挂钩挂杆，且挂钩挂杆、穿绳孔和定滑轮的上部搭线端位于同一水平线上，将带有挂钩和配重砝码的绳子通过定滑轮和穿绳孔，挂钩挂在挂钩挂杆上，便于做验证机械能守恒定律实验。

进一步的，所述底座的上端固定连接有多对光电门计时器固定纽，可在不同的位置固定实验过程中所需的光电门计时器。

进一步的，所述底座的下端连接有多对可调节高度的底脚，便于根据不同的操作平面调节底座的水平状态，也可用于调节底座的倾斜角度，适用于不同的实验。

进一步的，所述控制盒内固定连接有蓄电池，所述蓄电池为锂离子电池，使用时无需受插座的影响，使用更加的安全方便，便于携带。

进一步的，所述第一悬浮磁铁、第一导向磁铁和电磁铁的外表面与定导轨之间均固定连接有保护层，可保护第一悬浮磁铁、第一导向磁铁和电磁铁不易损坏。

进一步的，所述保护层为聚四氟乙烯材料，所述定导轨的表面涂有聚四氟乙烯涂层，可使定导轨和保护层的表面不易被弄脏，不易粘附灰尘，且光滑程度较高。

进一步的，所述第一悬浮磁铁、第一导向磁铁、第二悬浮磁铁、第二导向磁铁和辅助磁铁的材料均为钕铁硼永磁，钕铁硼永磁被称为现代磁王，其磁能极高，理论值达到527kj/m3，是现在第三代稀土永磁，钕铁硼永磁材料的最大磁能面积、剩磁磁通密度和矫顽力都很大。

进一步的，所述第二悬浮磁铁、第二导向磁铁和辅助磁铁的边缘均固定连接有隔磁材料，所述隔磁材料均为牌号为316的不锈钢，可大幅减少大量磁荷集中在锐边引起磁荷分布异常，以确保动滑块的运动完全在定定导轨的均匀磁场中，确保滑块可稳定滑动，316的不锈钢即gb牌号0cr17ni12mo2，性能较好，可满足需求。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案可以实现采用磁悬浮的原理，取代了高中实验中需外接气泵的气垫导轨，操作简单，搬运方便，极大程度上解决了现有技术中使用气泵的各种繁杂组装步骤，消除了各种潜在安全隐患，可大幅提升教师教学的效率，便于学生快速准确的通过实验学习知识。

(2)其中一个固定板上固定连接有一对缓冲块，且缓冲块位于靠近滑块的一侧，可防止滑块的速度过大时对固定板造成较大的撞击，不易造成滑块或固定板的损坏。

(3)滑块上开凿有与穿绳孔相匹配的挂钩槽，挂钩槽上固定连接有挂钩挂杆，且挂钩挂杆、穿绳孔和定滑轮的上部搭线端位于同一水平线上，将带有挂钩和配重砝码的绳子通过定滑轮和穿绳孔，挂钩挂在挂钩挂杆上，便于做验证机械能守恒定律实验。

(4)底座的上端固定连接有多对光电门计时器固定纽，可在不同的位置固定实验过程中所需的光电门计时器。

(5)底座的下端连接有多对可调节高度的底脚，便于根据不同的操作平面调节底座的水平状态，也可用于调节底座的倾斜角度，适用于不同的实验。

(6)控制盒内固定连接有蓄电池，蓄电池为锂离子电池，使用时无需受插座的影响，使用更加的安全方便，便于携带。

(7)第一悬浮磁铁、第一导向磁铁和电磁铁的外表面与定导轨之间均固定连接有保护层，可保护第一悬浮磁铁、第一导向磁铁和电磁铁不易损坏。

(8)保护层为聚四氟乙烯材料，定导轨的表面涂有聚四氟乙烯涂层，可使定导轨和保护层的表面不易被弄脏，不易粘附灰尘，且光滑程度较高。

(9)第一悬浮磁铁、第一导向磁铁、第二悬浮磁铁、第二导向磁铁和辅助磁铁的材料均为钕铁硼永磁，钕铁硼永磁被称为现代磁王，其磁能极高，理论值达到527kj/m3，是现在第三代稀土永磁，钕铁硼永磁材料的最大磁能面积、剩磁磁通密度和矫顽力都很大。

(10)第二悬浮磁铁、第二导向磁铁和辅助磁铁的边缘均固定连接有隔磁材料，隔磁材料均为牌号为316的不锈钢，可大幅减少大量磁荷集中在锐边引起磁荷分布异常，以确保动滑块的运动完全在定定导轨的均匀磁场中，确保滑块可稳定滑动，316的不锈钢即gb牌号0cr17ni12mo2，性能较好，可满足需求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图一；

图2为本发明的剖面图；

图3为本发明的局部剖面图；

图4为图3中a处结构示意图；

图5为本发明的结构示意图二。

图中标号说明：

1底座、101光电门计时器固定纽、102底脚、2定导轨、201第一悬浮磁铁、202第一导向磁铁、203电磁铁、3滑块、301第二悬浮磁铁、302第二导向磁铁、303辅助磁铁、304挂钩挂杆、4保护层、5砝码框、6砝码、7固定板、701穿绳孔、702缓冲块、8定滑轮、9控制盒、901控制器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-2，一种用于高中物理验证动量守恒定律的磁悬浮导轨，包括底座1，底座1的上端固定连接有定导轨2，定导轨2上套接有一对与定导轨2相匹配的滑块3，两个滑块3的质量相同，并且滑块3的质量标注在滑块3上，可直接读取，定导轨2与滑块3之间存在间隙，定导轨2的下端固定连接有一对第一悬浮磁铁201，滑块3上固定连接有与第一悬浮磁铁201相匹配的第二悬浮磁铁301，定导轨2的两侧均固定连接有第一导向磁铁202，滑块3上固定连接有与第一导向磁铁202相匹配的第二导向磁铁302，定导轨2的上端固定连接有电磁铁203，滑块3上固定连接有与电磁铁203相匹配的辅助磁铁303，第一悬浮磁铁201与第二悬浮磁铁301、第一导向磁铁202与第二导向磁铁302和电磁铁203与辅助磁铁303相靠近的磁极均为同名磁极，滑块3的上端固定连接有砝码框5，砝码框5内放置有砝码6，底座1的两端均固定连接有固定板7，固定板7上开凿有穿绳孔701，其中一个固定板7远离底座1的一侧固定连接有定滑轮8，其中一个固定板7上固定连接有一对缓冲块702，且缓冲块702位于靠近滑块3的一侧，可防止滑块3的速度过大时对固定板7造成较大的撞击，不易造成滑块3或固定板7的损坏。

请参阅图1-3，另一个固定板7远离底座1的一端连接有控制盒9，控制盒9上固定连接有控制器901，控制盒9内固定连接有控制主板，控制主板与电磁铁203电性连接，一对第二悬浮磁铁301与第一悬浮磁铁201之间的斥力，恰好等于滑块3和砝码框5的重力，在电磁铁203未通电，砝码框5内未放置砝码6的情况下，定导轨2与滑块3恰好不接触，当砝码框5内放如砝码6时，可通过控制器901控制电磁铁203通电，并可调节电流的大小，进而控制电磁铁203的磁力大小，使电磁铁203对辅助磁铁303产生斥力，直至定导轨2与滑块3不接触，即可实现磁悬浮的状态，当控制盒9内固定连接有蓄电池，蓄电池为锂离子电池，使用时无需受插座的影响，使用更加的安全方便，便于携带,也可通过电源适配器与市电连接。

请参阅图1-4，滑块3上开凿有与穿绳孔701相匹配的挂钩槽，挂钩槽上固定连接有挂钩挂杆304，且挂钩挂杆304、穿绳孔701和定滑轮8的上部搭线端位于同一水平线上，将带有挂钩和配重砝码的绳子通过定滑轮8和穿绳孔701，挂钩挂在挂钩挂杆304上，便于做验证机械能守恒定律实验，底座1的上端固定连接有多对光电门计时器固定纽101，可在不同的位置固定实验过程中所需的光电门计时器。

请参阅图5，底座1的下端连接有多对可调节高度的底脚102，便于根据不同的操作平面调节底座1的水平状态，也可用于调节底座1的倾斜角度，适用于不同的实验。

请参阅图2，第一悬浮磁铁201、第一导向磁铁202和电磁铁203的外表面与定导轨2之间均固定连接有保护层4，可保护第一悬浮磁铁201、第一导向磁铁202和电磁铁203不易损坏，保护层4为聚四氟乙烯材料，定导轨2的表面涂有聚四氟乙烯涂层，可使定导轨2和保护层4的表面不易被弄脏，不易粘附灰尘，且光滑程度较高。

第一悬浮磁铁201、第一导向磁铁202、第二悬浮磁铁301、第二导向磁铁302和辅助磁铁303的材料均为钕铁硼永磁，钕铁硼永磁被称为现代磁王，其磁能极高，理论值达到527kj/m3，是现在第三代稀土永磁，钕铁硼永磁材料的最大磁能面积、剩磁磁通密度和矫顽力都很大，第二悬浮磁铁301、第二导向磁铁302和辅助磁铁303的边缘均固定连接有隔磁材料，隔磁材料均为牌号为316的不锈钢，可大幅减少大量磁荷集中在锐边引起磁荷分布异常，以确保动滑块3的运动完全在定定导轨2的均匀磁场中，确保滑块3可稳定滑动，316的不锈钢即gb牌号0cr17ni12mo2，性能较好，可满足需求。

当需要进行高中物理“验证碰撞中的动量守恒”实验时，可使用本发明代替气垫导轨，将两个质量相同的滑块3作为碰撞的对象，选择合适的光电门计时器固定纽101进行安装光电门计时器即可进行实验，当需要改变碰撞对象的质量时，可在砝码框5内放置已知质量的砝码6，辅助磁铁303对砝码6有吸附作用，同时砝码框5对砝码6有阻挡作用，可防止砝码6在一对滑块3的碰撞过程中飞出，通过控制器901控制电磁铁203通电，并可调节电流的大小，进而控制电磁铁203的磁力大小，使电磁铁203对辅助磁铁303产生斥力，直至定导轨2与滑块3不接触，实现磁悬浮的状态，即可再次进行实验。

当需要进行高中物理“验证机械能守恒定律时”实验时，仅需使用靠近定滑轮8的滑块3，将带有挂钩和配重砝码的绳子通过定滑轮8和穿绳孔701，挂钩挂在挂钩挂杆304上，配重砝码经过定滑轮8自然下垂，在合适位置的光电门计时器固定纽101上安装光电门计时器，即可进行实验，当需要改变滑块3的质量时，可在砝码框5内放置已知质量的砝码6，同样通过控制器901调节滑块3实现磁悬浮的状态即可。当然，本发明还适用于其他的物理实验，在此不再一一赘述。

本方案可以实现采用磁悬浮的原理，取代了高中实验中需外接气泵的气垫导轨，操作简单，搬运方便，极大程度上解决了现有技术中使用气泵的各种繁杂组装步骤，消除了各种潜在安全隐患，可大幅提升教师教学的效率，便于学生快速准确的通过实验学习知识。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。