结构合理的二维磁悬浮动力学实验仪

摘要

本发明公开了一种结构合理的二维磁悬浮动力学实验仪，包括磁性载台，磁性载台固装支架，支架上端呈弯曲的形式，支架的顶端固定有照明灯及对载台上表面进行摄像的摄像头，磁性载台上配有具有磁性的碰撞演示样品，碰撞演示样品悬浮在磁性载台上；磁性载台上固定有将碰撞演示样品的运动范围限制在一定的范围内的围栏，围栏内部上方固定有线圈，围栏侧面设有给碰撞演示样品提供动力的击发装置。本发明结构合理，使用方便，实验时几乎没有摩擦，噪声很小。

说明书

本申请是申请号：201310626906.X、申请日：2013.12.2、名称“二维磁悬浮动力学实验仪”的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种二维磁悬浮动力学实验仪。

背景技术

现有的动力学教学实验都是在导轨上进行的，都是做一维的力学实验，有的实验仪器摩擦力较大，实验时有噪声。

发明内容

本发明的目的在于提供一种几乎没有摩擦，噪声很小，能够实施一维和二维动力学实验的二维磁悬浮动力学实验仪。

本发明的技术解决方案是：

一种二维磁悬浮动力学实验仪，其特征是：包括磁性载台，磁性载台固装支架，支架上端呈弯曲的形式，支架的顶端固定有照明灯及对载台上表面进行摄像的摄像头，磁性载台上配有具有磁性的碰撞演示样品，碰撞演示样品悬浮在磁性载台上；磁性载台上固定有将碰撞演示样品的运动范围限制在一定的范围内的围栏，围栏内部上方固定有线圈，围栏侧面设有给碰撞演示样品提供动力的击发装置。

所述磁性载台包括底座，底座上设有内凹，内凹中固装有磁性的磁体，内凹上覆盖铁磁性材料板；磁性载台底座由三点支撑，其中两点为可调节形式，磁性载台上配有一个水平仪。

磁性载台面上配有带刻度的网格，用以在视频图片上获取碰撞演示样品的位置。

在底座中全部磁体的外周设一个线圈，用以调节磁性载台台面上的磁场。

所述碰撞演示样品用轻质不会影响磁场的材料，并在碰撞演示样品边缘部分嵌入均匀分布的小磁体。

在磁性载台台面上配置不同的样品轨道或弹簧装置，以满足不同实验情况下碰撞演示样品的运动轨迹和运动速度要求；轨道或弹簧装置用不会影响周边磁场的材料。

本发明结构合理，使用方便，实验时几乎没有摩擦，噪声很小。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明一个实例的结构示意图。

图2磁性载台底座图。

图3是碰撞演示样品示意图。

具体实施方式

一种二维磁悬浮动力学实验仪，包括磁性载台1，磁性载台固装支架2，支架上端呈弯曲的形式，支架的顶端固定有照明灯及对载台上表面进行摄像的摄像头3，磁性载台上配有具有磁性的碰撞演示样品4，碰撞演示样品悬浮在磁性载台上；磁性载台上固定有将碰撞演示样品的运动范围限制在一定的范围内的围栏5，围栏的外壳用不会影响磁场的材料，围栏内部上方固定有线圈，用以在载台上更好的控制演示样品；围栏侧面设有给碰撞演示样品提供动力的击发装置6（例如通过弹簧机构射出球体击中碰撞演示样品，使碰撞演示样品具有动力）。

所述磁性载台包括底座7，底座上设有内凹，内凹中固装有磁性的磁体8，内凹上覆盖铁磁性材料板；磁性载台底座由三点支撑，其中两点为可调节形式，磁性载台上配有一个水平仪9。

磁性载台面上配有带刻度的网格，用以在视频图片上获取碰撞演示样品的位置。

在底座中全部磁体的外周设一个线圈，用以调节磁性载台台面上的磁场。

所述碰撞演示样品用不会影响磁场的材料，并在碰撞演示样品边缘部分嵌入均匀分布的小磁体10，可以更好的保持样品平衡；演示样品上有方向标识。

在磁性载台台面上配置不同的样品轨道或弹簧装置，以满足不同实验情况下碰撞演示样品的运动轨迹和运动速度要求；轨道或弹簧装置用不会影响周边磁场的材料。

所述不会影响磁场的材料为塑料等。仪器外接一可以控制两个线圈电流和照明灯的电源11。

底座中磁体分布均匀，磁体的规格一致，极性一致，如上方都为N极；样品悬浮在载台上时，样品中小磁体下面的极性与载台上面的极性相同，如都是N极；围栏内部上方距载台一定竖直距离可设线圈，通电后线圈下面的磁场极性和载台上面的极性相反。

测速的实现：

载台上带有刻度网格；通过置于载台上方的摄像机对载台上质点或刚体的运动进行视频录制；任意取合适的两帧视频图像（两帧视频图像间的时间间隔已确定），分析图像获得质点的位置（参照载台台面网格）或刚体的旋转情况，从而可分别获得质点的速度或刚体转动角速度，从而得到其它相关物理量。

使用方法：

实验准备时调节底座两点高度配合水平仪使得载台水平，通过对两个线圈（围栏内部上方固定的线圈及在底座中全部磁体外周的线圈）的调节使得演示样品悬浮在载台台面上，打开照明灯和摄像头，演示样品通过击发装置提供动力，摄像头摄制样品运动或样品间碰撞过程视频，通过对视频中几个图像中演示样品的位置和载台刻度网格的分析以及视频各图相之间的时间关系，便可获取样品速度，角速度等信息，从而可以得到其它相关的物理量，验证相关的物理规律。

实验时，打开照明灯，放置样品的同时调节底座线圈电流，使演示样品悬浮在载台上，摄像头开始工作，通过击发装置给演示样品一定动力，演示样品在载台上做一定形式的运动或碰撞，摄像头录制演示样品的运动过程视频。

本实验装置可以涉及的实验项目包括：质点碰撞、刚体碰撞、简谐振动、牛顿定律、重力加速度、机械能守恒、多质点共同运动、圆弧运动等。