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磁悬浮动力学实验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,学生能够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,物体所受外力与加速度的关系等。实验目的学****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;学****矢量分解;学****作图法处理实验数据,掌握匀变速直线运动规律;测量重力加速度g,并学****消减系统误差的方法;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;探索动摩擦力与速度的关系。【二】 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),能够用历时极短的△t内的平均速度近似地代替瞬时速度。,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。,改变系统所受外力,考察动摩擦力的大小,及其与外力的关系。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=,及小车质量,通过测量不同轨道角度时的滑块加速度值,能够求得相应的动摩擦力大小。将与的值作图,能够考察与的关系。,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),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。【三】)、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,,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。ⅠⅡ9计时器图3磁悬浮实验装置