一种磁悬浮演示装置

刘承甲

摘 要：一种磁悬浮演示装置，包括底板、两个上磁铁、圆棒、在底板的上端面一端设置竖直的平板，两个上磁铁磁极方向相同且间隔套装在圆棒的外缘，在圆棒的一端制出旋转部，其特征在于：在平板一侧的底板上端面前端和后端均横向间隔设置两个线圈，前端的两个线圈和后端的两个线圈分别通过一电流调整模块连接电源，4个线圈通电后的磁极方向均相同且与上磁铁磁极方向相反，所述平板能滑动并靠近或远离所述线圈。

关键词：磁悬浮；磁铁磁极；线圈；电流调整模块；电源

中图分类号：O441 文献标识码：A

本装置的目的在于克服现有技术的不足，提供将磁悬浮轴承和磁悬浮陀螺集成在一起且磁悬浮轴承的下磁铁磁场、磁极均可调整的一种磁悬浮演示装置。

1.本装置采取的技术方案

一种磁悬浮演示装置，包括底板、两个上磁铁、圆棒、在底板的上端面一端设置竖直的平板，两个上磁铁磁极方向相同且间隔套装在圆棒的外缘，在圆棒的一端制出旋转部，其特征在于：在平板一侧的底板上端面前端和后端均横向间隔设置两个线圈，前端的两个线圈和后端的两个线圈分别通过一电流调整模块连接电源，4个线圈通电后的磁极方向均相同且与上磁铁磁极方向相反，所述平板能滑动并靠近或远离所述线圈。而且，在底板上设置十字水平仪，在底板的前端和后端的侧边上均分别安装两个调节螺栓。而且，平板另一侧的底板端部安装一竖直的底座，该底座远离平板的端面上制出用于嵌装磁铁的凹槽，位于中心处的凹槽底面贴合的磁铁表面的磁极方向与其外侧的凹槽底面贴合的磁铁表面的磁极方向相反。而且，底座上设置一十字水平仪，在底座前端和后端的侧边上均分别安装有调节螺栓。而且，所述平板底面间隔设置两个滑块，该两个滑块滑动安装在底板相对位置设置的导轨上。而且，所述电流调整模块包括旋钮和滑动变阻器，滑动变阻器与所述电源串联连接后构成支路的两端连接旋钮的一组静触点，横向设置的两个线圈串联连接后构成支路的两端连接旋钮的另一组静触点，旋钮的动触点的一个档位为连通两组静触点，旋钮的动触点的另一个档位为反向连通两组静触点。

2.本装置的优点和积极效果

本装置中，将现有的下磁铁用线圈构成的电磁铁取代，而且横向的两个线圈相互串联后通过电流调整模块连接电源，平板为有机玻璃制成，表面光滑并具有极低的摩擦系数。使用时，将底板放置在平台上，通过调整螺栓的转动使十字水平仪的气泡位于十字正中间，然后闭合总开关，并将滑动变阻器调整到合适的阻值处，转动旋钮的动触点，使前端两个线圈和后端两个线圈的磁极方向相同，将圆棒自上方轻轻放下，在某一位置，圆棒连同其上的上磁铁处于悬浮状态，调整平板的位置，推动圆棒轴向运动，然后将平板复位，观察圆棒的运动，另外，还可以通过旋钮的动触点改变其中一组横向的两个线圈的磁极方向，观察圆棒能否悬浮，或者调小其中一组横向的两个线圈的磁场强度，观察圆棒能否悬浮，再者断开电源后，在底座的凹槽内嵌入磁铁，再将底板朝上使底座放置在平台上，此时可进行磁悬浮陀螺的演示，非常的方便。

附图说明：

3.具体实施方式

下面结合实施例，对本装置进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本装置的保护范围。

一種磁悬浮演示装置，如图1、图2所示，包括底板12、两个上磁铁7、圆棒9、在底板的上端面一端设置竖直的平板4，两个上磁铁磁极方向相同且间隔套装在圆棒的外缘，在圆棒的一端制出旋转部6，本装置的创新在于：在平板一侧的底板上端面前端和后端均横向间隔设置两个线圈8，前端的两个线圈和后端的两个线圈的接线端子15分别通过线缆16和电流调整模块21连接电源18，4个线圈通电后的磁极方向均相同且与上磁铁磁极方向相反，所述平板能滑动并靠近或远离所述线圈。

本实施例中，在底板上设置十字水平仪5，在底板的前端和后端的侧边的基座2上均分别安装两个调节螺栓1。平板另一侧的底板端部安装一竖直的底座3，该底座远离平板的端面上制出用于嵌装磁铁的凹槽，如图3所示，外侧共有四个弧形凹槽13，中心处为一个圆形凹槽14，弧形凹槽内嵌装的磁铁的磁极方向与圆形凹槽嵌装的磁铁的磁极方向相反。底座上设置一十字水平仪5，在底座前端和后端的侧边的基座2上均分别安装调节螺栓1。所述平板底面间隔设置两个滑块10，该两个滑块滑动安装在底板相对位置设置的导轨11上，滑块可以是外套式的设置在圆柱的导轨上，也可以使用传统的滑块和导轨嵌装关系的结构。所述电流调整模块包括旋钮17和滑动变阻器20，滑动变阻器与所述电源串联连接后构成支路的两端连接旋钮的一组静触点，横向设置的两个线圈串联连接后构成支路的两端连接旋钮的另一组静触点，旋钮的动触点的一个档位为连通两组静触点，旋钮的动触点的另一个档位为反向连通两组静触点，上述一个档位和另一个档位不同的作用是使线圈中的电流反向，从而使磁极方向发生变化。

4.本装置使用时

将底板放置在平台上，通过调整螺栓的转动使十字水平仪的气泡位于十字正中间，然后闭合总开关19，并将滑动变阻器调整到合适的阻值处，转动旋钮的动触点，使前端两个线圈和后端两个线圈的磁极方向相同，将圆棒自上方轻轻放下，在某一位置，圆棒连同其上的上磁铁处于悬浮状态；

调整平板的位置，推动圆棒轴向运动，然后将平板复位，观察圆棒的运动；

通过旋钮的动触点改变其中一组横向的两个线圈的磁极方向，观察圆棒能否悬浮；

调小其中一组横向的两个线圈的磁场强度，观察圆棒能否悬浮；

断开电源后，在底座的凹槽内嵌入磁铁，再将底板朝上使底座放置在平台上，此时可进行磁悬浮陀螺的演示；

本装置中，将现有的下磁铁用线圈构成的电磁铁取代，而且横向的两个线圈相互串联后通过电流调整模块连接电源，平板为有机玻璃制成，表面光滑并具有极低的摩擦系数。使用时，可进行多种磁悬浮演示，而且可以让学生直观的观察磁场强度、磁极方向对圆棒悬浮的影响，使用时非常方便。

参考文献

[1]曹丕显，吴林涛，柳杰，等.高中科学创新发明探索[M].深圳：海天出版社，2012.

[2]任隆良，谷晋骐.物理实验[M].天津：天津大学出版社，2011.endprint