全方位可调式简易磁浮式力学实验仪的制作方法

本实用新型专利涉及实验仪，尤其涉及一种全方位可调式简易磁浮式力学实验仪。

背景技术：

目前，高校与厂家均采用传统式气垫导轨模式悬浮滑块进行相关实验，即在三角铁围城两端封堵的空腔导轨两侧均匀钻孔，气泵通过一端向封闭的三角铁导轨空腔内充气，气体通过三角铁空腔导轨两侧小孔喷出，使滑块悬浮于气轨上进行相关实验。这种结构，既不利于节能减排，滑块运动也不很稳定。此外，目前市场上还有一种平面式磁浮式导轨，滑块也呈平面型，该模式下滑块悬浮在磁轨上，不但两侧需设置挡壁，增加额外阻力，而且稳定性不够，严重地影响了实验测量精度。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术不足,提供一种结构合理，实验效果好的全方位可调式简易磁浮式力学实验仪。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

这种全方位可调式简易磁浮式力学实验仪,包括调平调倾斜角指示仪、磁轨、第一支撑腿、第二支撑腿、横向调平横梁、调平调磁轨倾斜支撑腿、第一光电门、第二光电门、实验滑块、传动滑轮和砝码盘；所述调平调倾斜角指示仪插在磁轨左端；第一支撑腿和第二支撑腿分别套在横向调平横梁两端；所述横向调平横梁两端位于磁轨左侧底部；在磁轨右侧底部设有两支架形成的轨道；调平调磁轨倾斜支撑腿上部设有转动轮，转动轮与两支架形成的轨道配合；两支架上设有调平调磁轨倾斜固定螺杆活动滑槽，转动轮的轮轴连接有调平调磁轨倾斜固定螺帽杆与调平调磁轨倾斜固定螺杆活动滑槽配合锁紧；第一光电门和第二光电门分别固定在磁轨的侧棱上；传动滑轮设于磁轨末端，实验滑块放在磁轨上并通过线绳绕过传动滑轮与砝码盘相连。

作为优选：所述磁轨以及实验滑块的截面均为等腰三角形状并相互配合。

作为优选：所述磁轨以及实验滑块相接触面内侧均设有同性长方形薄磁钢。

本实用新型的有益效果是：

滑块与导轨呈三角形吻合形状，相对应表面均附着平面长方形同性磁极磁铁，由于同性磁极相斥，使之滑块在导轨上运动既无摩擦又保持相对平稳，而且采用了可调支撑杆来调平和可精确改变轨道倾斜角，采用调平调倾斜角度指示仪，来对磁浮式导轨进行纵、横向调平与沿着磁轨方向调节倾角的精确测量。

附图说明

图1是整体结构俯视图；

图2是整体结构主视图；

图3是调平、调倾斜支腿固定局部侧视图；

图4是磁轨方向调平、调倾斜支腿与磁轨固定截面图；

图5是磁轨上实验滑块受力分析图；

图6是气轨调至某一角度侧视图；

图7是调平调倾斜角度指示仪示意图；

图8是游标尺精度标定示意图；

图9是滑轮与支架示意图；

图10是滑轮示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

如图1所示，为磁浮式力学实验仪磁轨俯视图。1、调平调倾斜角度指示仪插孔，2、横向调平横梁，2-1、第一调平支腿，2-2、第二调平支腿，3、磁轨，3-02、调平调倾斜转轮轨道，6-40、调平调磁轨倾斜转轮，7、滑轮架，7-1、牵引线孔。

如图2和图3所示，分别为磁浮式力学实验仪全部与局部侧视图。1、调平调倾斜角度指示仪插孔，1-0、调平调倾斜角度指示仪，1-1副尺(游标尺)，1-2、主尺，2-1、第一调平支腿，2-2、第二调平支腿，0-1、第一光电门，0-2、第二光电门，3、磁轨道，3-5、调平调磁轨倾斜固定螺杆活动滑槽，4、实验滑块，6、调平调磁轨倾斜支撑腿，6-40、调平调倾斜转轮，6-4、调平调磁轨倾斜固定螺杆，7、滑轮架，7-0、牵引线，7-1、牵引线孔，7-2、砝码盘。

如图4所示，为磁轨方向调平、调倾斜支腿与磁轨固定截面图。4、实验滑块；4-1、滑块上表面；4-2、平面长方形磁钢；4-3、光滑不锈钢薄片；3、磁轨道；3-1、光滑不锈钢薄片，3-2、平面长方形磁钢；3-3、不锈钢片；3-01、磁轨支撑架，3-02、调平调磁轨倾斜转轮轨道，3-03、光电门固定边，6-1、调平调磁轨倾斜支撑腿脚；6-2、调平调磁轨倾斜螺旋；6-3、调平调磁轨倾斜锁定螺丝；6-4、调平调磁轨倾斜固定螺杆，6-40、调平调磁轨倾斜转轮，6-41、调平调磁轨倾斜固定螺帽，6-42、调平调磁轨倾斜转轮轴；6-43、调平调磁轨倾斜锁紧转动手握柄。

如图9和图10所示，是滑轮与支架示意图，7、传动滑轮架；7-01、传动滑轮转轴；7-02、传动滑轮。

如图8所示，是测角仪精度标定原理图，采用了主尺29格(14.5°)与游标尺30格对齐，将0.5°(30′)分配到30格中，每格为1′，即游标尺的精度为1′。

磁轨、实验滑块制作与受力分析：

1、磁轨与滑块制作方法

用不锈钢片做成三角形表面，在其上铺设平面长方形薄磁钢，在铺设过程中平面长方形薄磁钢的N(或S)极一律面上(或面下)，在平面长方形薄磁钢上面再铺设同样形状的三角形光滑不锈钢薄片，然后进行技术性牢固；实验滑块表面形状与磁轨上表面三角形状完全相同，材料也采用光滑不锈钢薄片，其上铺设平面长方形薄磁钢，磁钢N(或S)极面下(或面上)，即实验滑块磁钢与磁轨接触面磁钢极性完全相同，并根据实验要求对实验滑块相关环节进行技术性牢固和实验必须环节的技术性完备。

2、实验滑块受力分析

如图5所示，为放在磁轨上实验滑块受力分析图，由于实验滑块为对称结构，放在对称磁轨上，采用同性磁极N(或S)极相对应的设计方法，即若磁轨上平面长方形薄磁钢的磁极N(或S)极面上，则实验滑块上的平面长方形薄磁钢磁极N(或S)极面下，实验滑块向下两面会受到磁轨两侧向上对称斥力作用，其斥力大小分别为F₁，产生的合力F与滑块重力mg大小相等、方向相反，其间存在一空气间隙，这样实验滑块在运动的过程中，就只会受到一空气阻力作用。

磁轨上各部分间连接：

将调平调倾斜角指示仪插在磁轨左端1，将支撑腿1(2-1)和支撑腿2(2-2)分别套在横向调平横梁2前后端，磁轨3可沿磁轨3滑块运动方向纵向围绕前后支撑腿2-1、2-2轴转动，以调节磁轨3水平与沿磁轨方向倾斜角α，将调平调磁轨倾斜支撑腿6上部转动轮6-1取下，放于靠近磁轨3中右侧磁轨3两支架3-01间，将转动轮6-1放在调平调磁轨倾斜支撑腿6上端中间，用调平调磁轨倾斜固定螺帽杆6-41穿过磁轨3调平调磁轨倾斜固定螺杆活动滑槽3-5与调平调磁轨倾斜支撑腿6上端，并将调平调磁轨倾斜锁紧转动手握柄6-43螺进，将第一光电门0-1和第二光电门0-2分别固定在磁轨3侧棱3-03上，将滑轮架7安装在磁轨3末端位置，实验滑块4放在磁轨3上，用线绳7-0的一端拴在实验滑块4上，另一端穿过线绳孔7-1，绕过传动滑轮7-02，在保持线绳水平的基础上，其终端与砝码盘7-2相连，如图1、2、3、4、9、10所示；

调平调倾斜原理：

1、调平

1、验证牛顿第二定律实验；2、验证动能定理；3、验证动量定理；这三个实验需严格对磁轨3调平。调平方法：将调平调倾斜角度指示仪1的主尺1-2、副尺游标尺1-1所在平面转至与横向调平横梁2即支撑腿1、2方向平行，调节支撑腿1、2(2-1、2-2)，使之调平调倾斜角度指示仪1上的副尺(游标尺)1-1指针指向主尺1-2的0刻度线，即横向调平；再把调平调倾斜角度指示仪1主尺1-2、副尺(游标尺)1-1所在平面转至与磁轨3磁滑块运动方向平行，松开调平调磁轨倾斜支撑腿6的锁紧转动手握柄6-43，调节调平调磁轨倾斜支撑腿6的升降螺旋6-2，使之调平调倾斜角度指示仪1上的副尺游标尺1-1指针指向主尺1-2的0刻度线，即纵向调平，然后锁紧调平调磁轨倾斜支撑腿6的锁紧转动手握柄6-43。如图2所示。

2、调倾斜

测量重力加速度需要将磁轨3调倾斜。调节方法：将调平调倾斜角度指示仪1主尺1-2、副尺(游标尺)1-1平面转至与横向调平横梁2(即第一支撑腿和第二支撑腿)方向平行，调节支撑腿1、2(2-1、2-2)，使之调平调倾斜角度指示仪1上的副尺(游标尺)1-1指针指向主尺1-2的0刻度线，即横向调平；再把调平调倾斜角度指示仪1主尺1-2、副尺(游标尺)1-1所在平面转至与磁轨3磁滑块运动方向平行，松开调平调磁轨倾斜支撑腿6的锁紧转动手握柄6-43，向下调节调平调磁轨倾斜支撑腿6的升降螺旋6-2，调平倾斜转轮轨道3-02就会在转轮6-40上滚动，待调平调倾斜角度指示仪1上的副尺游标尺1-1指针指向主尺1-2和游标尺1-1上的角度α时，锁紧调平调磁轨倾斜支撑腿6的锁紧转动手握柄6-43。如图6所示。

实验滑块表面与磁轨表面均采用三角形吻合形状，实验滑块内表面即磁轨接触面内层与磁轨内层面即实验滑块内表面相对均铺设平面长方形薄磁钢，相对应面均采用同性磁极，产生相互排斥力而使实验滑块悬浮起来，磁轨两侧面对滑块两侧面产生二斥力的合力与滑块重力平衡，使实验滑块悬浮起来，实验时，实验滑块在磁轨运动方向上仅受到空气阻力的作用；

通过调节中间支撑腿高低，导轨底面就会在中间支撑腿上部转动轮上滚动，以此来改变磁轨倾角，该倾角可在调平调倾斜仪上精确读出，以此来测量重力加速度。

全方位可调式简易磁浮式力学实验仪可做如下实验内容：

1、通过对磁轨纵、横向严格调水平来验证牛顿第二定律实验，实验原理略；

2、通过对磁轨纵、横向严格调水平来验证动能定理实验，实验原理略；

3、通过对磁轨纵、横向严格调水平来验证动量定理实验，实验原理略；

4、通过对磁轨横向调平，纵向沿着磁轨滑块运动方向调节倾角，来测量重力加速度实验。精确测量重力加速度实验步骤与原理如下：

(1)首先，对磁轨横向调水平与纵向沿磁轨滑块运动方向调倾角α，调节方法如前；

(2)打开毫秒计，并将其设置为加速度a档位；

(3)将实验滑块4放于磁轨3第一光电门0-1前松手，实验滑块4就会在重力的作用下运动，经过第一光电门0-1挡光，再运动到第二光电门0-2挡光，从毫秒计荧光屏上可以依次读出，经第一光电门0-1挡光时间、瞬时速度，经第二光电门0-2挡光时间、瞬时速度，以及经过第一光电门0-1到第二光电门0-2之间的时间，以及实验滑块4的运动加速度；

实验滑块4的下滑力mg sinα；则mg sinα-f＝ma，由于实验滑块磁浮在磁轨上，在运动过程中所受到空气阻力很小，故重力加速度为：g＝a/sinα。