一种多功能磁悬浮摆实验装置的制作方法

本发明属于物理实验装置技术领域，具体涉及一种多功能磁悬浮摆实验装置。

背景技术：

物理实验，是物理教学的必要手段，通过物理实验能够是使学生直观的了解各个物理定律或者物理现象，提高教学效率；进行物理实验用的实验装置则是实验中必备的教学用具。

现今物理教学中，单摆、单摆秋千以及麦克斯韦滚摆均是物理实验中常用的实验装置，但是这些实验装置，只能用于固定的、单一的物理实验，适用范围小，并且增加了教学成本。

因此，需要提供一种适用范围更广，更有利于拓宽创新思维教学的实验装置。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的单摆等实验装置功能单一、适用范围小、实验现象单一的技术问题，本发明提供了以下技术方案：

一种多功能磁悬浮摆实验装置，包括底板，所述底板顶面上竖直固定设置有两个支架，所述支架顶端铰接有一安装部；

两个所述支架之间设置有一磁体附着板，所述磁体附着板两端分别与所述安装部固定连接；

所述磁体附着板顶面和底面上均设置有磁体轨道；

所述磁体附着板上方或下方磁悬浮设置有超导块材；

所述超导块材上连接有用于做单摆实验的实验组件。

作为本发明的进一步说明，所述实验组件包括摆线，所述摆线底端固定连接有摆锤，所述摆线顶端与所述超导块材固定连接。

作为本发明的进一步说明，所述实验组件包括轻杆，所述轻杆底端固定连接有摆锤，所述轻杆顶端与所述超导块材固定连接。

作为本发明的进一步说明，所述实验组件包括弹簧，所述弹簧底端固定连接有摆锤，所述弹簧顶端与所述超导块材固定连接。

作为本发明的进一步说明，所述实验组件为单摆秋千。

作为本发明的进一步说明，所述实验组件为麦克斯韦滚摆。

作为本发明的进一步说明，所述磁体轨道由永磁体阵列排列组成。

作为本发明的进一步说明，所述磁体附着板为曲面板结构。

与现有技术相比，本发明取得的有益效果为：

本发明提供的这种磁悬浮摆实验装置，将多种实验装置融合为一体，在实验中能够演示单摆（细绳连接、轻杆连接、弹簧连接）、单摆秋千以及麦克斯韦滚摆等多种实验，适用范围更广，并且便于携带，降低了教学成本，而且本发明通过超导磁悬浮技术呈现复杂而有趣的实验现象，提高了教学的趣味性，有利于创新思维的培养以及激发学生对科学的探索，具有操作简单、容易制作、寓教于乐等特点。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本实验装置的整体结构示意图。

图2是本实验装置底板、支架、磁体轨道结构示意图。

图3是本实验装置磁体轨道和超导块材磁悬浮连接结构示意图。

图4是本实验装置磁体轨道结构示意图。

图5是实施例3的实验装置结构示意图。

图6是实施例4的实验装置结构示意图。

图7是实施例5的实验装置结构示意图。

图8是实施例6的实验装置结构示意图。

图9是实施例7的实验装置结构示意图。

图10是实施例8的实验装置结构示意图。

图中：1、底板；2、支架；3、安装部；4、磁体附着板；5、磁体轨道；6、超导块材；7、摆线；8、摆锤；9、轻杆；10、弹簧；11、单摆秋千；12、麦克斯韦滚摆；13、永磁体。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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创造和简化描述，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创造的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

实施例1：

为解决现有技术中存在的物理实验装置适用范围小，增加教学成本的技术问题，本实施例提供一种多功能磁悬浮摆实验装置，如图1、图2、图3、图4所示，包括底板1，底板1顶面上竖直固定设置有两个支架2，支架2顶端铰接有一安装部3；两个支架2之间设置有一磁体附着板4，磁体附着板4两端分别与安装部3固定连接；磁体附着板4顶面和底面上均设置有磁体轨道5；磁体附着板4上方或下方磁悬浮轨道设置有超导块材6（该超导块材放置于塑料盒内部）；超导块材6上连接有用于做单摆实验的实验组件。

上述实验装置的具体安装过程如下：

1准备高温超导块材6；

2将两个支架2用螺钉固定在底板1上，然后将磁体附着板4通过两个支架2顶端的安装部3固定在支架2顶端；

3将边长为1cm的正方体永磁体13按规律组合成阵列，该阵列根据实际使用需要而定，本实施例中采用三排永磁体13拼接构成磁体轨道5，这样就将磁体附着板4表面的中间部分磁体轨道5设计成了沿轨道方向均匀磁场分布，垂直于轨道方向有大的磁场梯度的磁体轨道5；

4将边长为1cm的正方体永磁体13采用和磁体附着板4中间部分不同的磁体阵列铺在磁体附着板4表面两端，这样高温超导块材6在冷却进入超导态后就不会飘出轨道的两端。

5最后在超导块材6上连接实验组件进行不同的物理实验即可。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例的实验组件为摆线7，如图1所示，用一根细线作为摆线7，用该细线连接摆锤8和超导体，当超导体进入超导态后将悬挂在磁体轨道5下方，测量摆线7长度，当用外力释放摆锤8后，看到摆锤8做圆锥摆运动，同时带动超导块材6在磁体轨道5下方沿轨道运行。摆锤8经过平衡位置时，最后求得周期，发现计算的周期偏小，证明摆锤8做圆锥摆运动。即单摆做圆锥摆运动时周期偏小。

实施例3：

在上述实施例的基础上，将摆线7换为轻杆9，如图5所示，用轻杆9连接摆锤8和超导块材6，超导体用液氮冷却进入超导态后将悬挂在磁体轨道5下方，测量摆长，当用外力推动摆锤8后，摆锤8和轻杆9一起运动，没有观察到明显的圆锥摆现象，测得的周期较小，分析原因是由于轻杆9有质量造成。

实施例4：

在上述实施例的基础上，将轻杆9替换为弹簧10，如图6所示，超导体用液氮冷却进入超导态后将悬挂在磁体轨道5下方，测量摆长，用外力释放摆锤8后，摆锤8和弹簧10运动轨迹复杂，圆锥摆运动幅度大。圆锥摆幅度大时，周期偏小，分析原因是弹簧10拉伸，导致摆长变大，并且摆长的影响大于圆锥摆运动造成的影响。因此，若单摆摆绳因没有固定好摆绳只在竖直方向变动时测得的周期偏大。

实施例5：

在上述实施例的基础上，超导体仍然无接触的悬挂在磁体轨道5下方，当把摆锤8换成单摆秋千11时，如图7所示，秋千上的玩具人模型沿轨道方向“荡秋千”从而带动超导体磁体轨道5运动。此时没有观察到圆锥摆现象，原因是单根摆绳换成两根摆绳后，可以防止单摆实验变成圆锥摆实验。

实施例6：

在实施例5的基础上，使秋千上的玩具人模型沿垂直于磁体轨道5的方向“荡秋千”，如图8所示，此时也没有观察到明显的圆锥摆现象。

实施例7：

在上述实施例的基础上，超导体仍然无接触的悬挂在磁体轨道5下方，当把摆锤8换成麦克斯韦滚摆12时，如图9所示，麦克斯韦滚摆12上下移动，实现动能和势能的转化，这时会发现麦克斯韦滚摆12带动超导体沿磁体轨道5小范围运动，相当于把麦克斯韦滚摆12滚摆上端平移，可以发现将其在水平方向平移并不影响其能量的转化。

实施例8：

在实施例7的基础上，麦克斯韦滚摆12可以沿着垂直于磁体轨道5的方向上下移动，实现能量的转化，如图10所示，但是悬挂在磁体轨道5下方的麦克斯韦滚摆12轻微晃动，运动状态有所变化。因此发现不是水平方向平移就会影响其运动。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。