磁悬浮演示实验仪

应用电磁学理论、机械力学以及电子技术自制了一套磁悬浮演示实验仪.该演示实验仪利用线性霍尔传感器来探测悬浮物体的位移,以达到控制悬浮的目的,添加数码管电压显示电路,定量显示电磁铁的磁性在悬浮过程中随悬浮物位置变化的自动调整,能精确而直观地演示磁悬浮的物理现象.该仪器结构简单、性能稳定、操作方便,能广泛用于课堂演示、课程设...     

基于线性霍尔传感器的太阳能磁悬浮演示仪

应用电磁学理论、机械力学以及电子技术自制了一套太阳能磁悬浮演示仪,该演示实验仪由太阳能电池供电,利用线性霍尔传感器来探测悬浮物体的位移,以达到控制悬浮的目的,添加数码管电压显示电路,可以定量显示电磁铁的磁性在悬浮过程中随悬浮物位置变化的自动调整,能精确而直观地演示磁悬浮的物理现象该仪器结构简单、性能稳定、操作方便,能广...     

光电反馈式静电悬浮与静电悬浮力测定

本文提出光电反馈式静电悬浮的新方法,简要讨论静电悬浮的原理、装置及其光电反馈控制过程.采用铝片和CD光盘作为悬浮体,测定了不同静电电压和不同悬浮间距时的静电悬浮力,揭示了它们之间的相互关系.结果显示这两种悬浮体均可获得足够的静电悬浮力,证明了静电悬浮的可行性.静电悬浮方法的显着特点是既适用于导电体与非导电体的悬浮,又适用于磁性体与非磁性体的悬浮,克服了传统磁悬浮技术仅适用于磁性体的局限性,可广泛应用于精密元器件的悬浮与非接触无损操作.     

利用磁力搅拌器探究磁悬浮现象

磁力搅拌器中的搅拌子在具有黏性的流体中随磁力搅拌器转速的改变能实现稳定上升和悬浮.本文利用动力学方程对磁悬浮现象中搅拌子的运动规律进行了理论分析,通过控制变量对影响稳定悬浮的参量进行了实验探究.实验和理论结果一致表明:流体黏度越大,搅拌子悬浮高度越低;随着磁力搅拌器驱动转速增大,搅拌子摆动角速度ω_w加强,转动角速度ω_s减弱,悬浮高度降低;较小的搅拌子更容易稳定在中心,直径小的烧杯容易提供初始的稳定态;当搅拌子初始距底高度z_b固定,驱动转速越大,或当驱动转速固定,搅拌子z_b高度越高,对应的摆动振幅都越小.     

串级二极管悬浮电极支撑控制系统的研制

串级二极管悬浮电极支撑控制系统主要包括支撑结构、驱动电路和同步控制三部分。支撑结构采用基于电磁铁工作原理的支撑针,对悬浮电极进行三点定位;驱动控制采用高压脉冲电容放电驱动螺线电磁铁,使电磁铁支撑针在5 ms内移动30 mm,悬浮电极在撤去支撑的5 ms内自由落体125 m;同步控制采用螺线电磁铁线圈信号作为同步控制初始信号,对该信号延时5 ms,触发闪光二号的前级触发源,启动闪光二号主机工作,实现螺线电磁铁与闪光二号主机的同步。使用该套支撑控制系统用于串级二极管前期研究,初步实现了两级间隙串联工作。     

高温超导磁浮电磁铁特性分析

构建了超导悬浮磁铁的三维模型,使用ansoft对电磁铁的三维模型进行电磁场仿真,分析了超导线圈电流、悬浮气隙、横向位移偏差、铁芯长度、铁芯高度等的变化对磁浮列车悬浮力和导向力的影响.结果 表明,超导线圈通入不同的电流,悬浮电磁铁的磁场饱和度出现明显的变化,随着超导线圈通入的电流和悬浮气隙、横侧偏移的变化,悬浮力和导向力出现不同的变化特征.同时铁芯高度的增加能有效缓解电流增大时电磁铁铁芯中部的磁场饱和度,进而能够增大悬浮力,提高悬浮性能.     

流体悬浮及其稳定性探究

研究了圆柱体、球体在射流柱中悬浮的现象,使用N-S方程、边界层理论等,对圆柱体侧面绕流建立模型,用数值计算的方法求解水流绕流和空气绕流的速度场,求解压强梯度力和黏滞力矩,建立平衡方程求解出物体的稳定悬浮高度和稳态转动速度.结果表明:物体的悬浮高度和稳态转动速度均与圆柱体直径近似呈二次函数关系.通过控制变量法,探究悬浮物体的稳定性,发现其受到物体厚度、直径、形状多个因素的影响.     

巧用磁传感器测量旋转物体的角速度

提出了利用磁传感器测量旋转物体角速度的方法.该方法利用智能手机搭载的磁传感器通过收集磁场强度随时间的变化,测量转动物体的旋转周期,并通过逐差法对数据进行处理,最终确定平均角速度.通过该值与视频逐帧播放法得出的平均角速度进行比较分析,进而验证了该方法的可行性.     

声悬浮现象的研究

分析了声波在垂直谐振腔内使物体悬浮于空中的条件与位置,给出了运用声悬浮现象测量声速的方法并实测了声速.     

磁性液体沉浮演示仪

根据磁性液体的悬浮特性,设计和制作了磁性液体沉浮演示仪,可清楚地观察到数倍于磁性液体自身密度的非磁性物体从液体底部浮起.本文具体介绍了演示仪的结构、原理及演示效果.     

放置不同物体三线摆转动周期变化规律研究

针对三线摆上放置的常用物体,如:圆盘、圆环、两圆柱体等,探讨放置物体前后、质量分布及位置改变时转动周期的变化规律.结果表明:理论分析与实验结果有较好的一致性.     

非接触驱动方式中永磁体转动行为的实验研究

矩形永磁体与铝盘构成的非接触驱动系统中,在铝盘定速转动条件下,对通过电磁感应所驱动的磁体转动角速率、角加速度同时进行检测,发现角速度有周期性的微小波动,而角加速度在一负的最大值与正的最大值间周期性地变化,二者周期相同.从永磁体的分子环流模型出发,运用毕奥-萨伐尔定律,场叠加原理,导出了磁体绕中心转轴旋转到任意位置时,导体中的磁场分布解析表达式,依次对磁体角加速度与磁体受到的电磁驱动力矩进行定量计算,以驱动力矩与空气阻尼力矩的共同作用解释了角速度出现周期性微小波动与角加速度正负等幅变化的原因,通过与实验测试结果进行比较,验证了分析结果的正确性.     

运用声悬浮现象测量声速的演示实验

介绍一个新颖的运用声悬浮现象测量声速的演示实验,详细分析讨论了声波在垂直谐振腔内使物体悬浮于空中的条件与位置。     

惯性离心力通过质心

质量为mi的一个质点以角速度　绕AB轴转动时,作用在它上面的惯性离心力为式中ri是mi的位置矢量,如图所示。 设质点系m1,m2,…,mn以相同的角速度。绕同一轴转动,则作用在它们上面的惯性离心力之和为根据质心的定义 (2)式可化为把(4)式与(1)式比较可见:一个质点系(或物体)所受的惯性离心力,等于把这质点系(或物体)的质量集中在质心处成为一个质点所受的惯性离心力。换句话说,惯性离心力通过质心。惯性离心力通过质心@张之翔$北京大学物理系     

基于光纤陀螺的教学实验寻北仪

光纤陀螺可测量沿其轴向转动角速度,利用此功能通过四位置法可以实现寻北、实验室所在纬度以及地球自转角速度的测量.本文介绍光纤陀螺寻北仪和四位置法的工作原理.另外还介绍了寻北仪的实验装置和基本操作过程,以及对数据的处理方法.     

基于PASCO转动运动传感器测量刚体转动惯量

PASCO转动运动传感器可以精准地测量并实时地记录物体转动时的角速度。在落体法测量刚体转动惯量的实验中，为了提高实验的精度，将PASCO转动运动传感器与刚体转动惯量实验仪相结合，用PASCO转动运动传感器直接测量角速度并计算角加速度。改进后的仪器简化了实验步骤，提高了实验精度。对圆盘、圆环和圆柱试样的转动惯量进行测量，三组实验的相对误差分别为0.2%、0.7%和0.3%,实验结果准确。通过实验结果可得，改进后的实验仪器操作简单且测量精度很高。     

鱼雷豚跳运动及初始转动角速度选取

鱼雷依靠惯性以一定姿态跃出水面并再次落入水中的过程称之为鱼雷的豚跳运动. 针对鱼雷的豚跳运动需要以零攻角入水, 而鱼雷在空中运动过程中无法控制的问题, 提出了通过构建鱼雷豚跳运动模型并以此为基础控制初始出水转动角速度的解决方法. 附加质量、浮力、浮心、浸湿面积、浸水体积等变量随鱼雷出水姿态、出水过程不同而不同. 在构建鱼雷豚跳运动模型过程中, 充分考虑了各个变化物理量的导数项, 分析了鱼雷水动阻力系数与攻角的关系, 构建了运动模型, 得出鱼雷豚跳运动的规律. 利用优化搜索算法计算出使鱼雷豚跳以零攻角条件入水的初始转动角速度. 仿真结果表明了所建模型及控制初始转动角速度方法的有效性.     

抗磁性物质磁悬浮可行性分析及实现

从理论和实验上说明石墨、铜等抗磁性的"非磁"物质在磁场中也受到磁场的作用力.实验中尝试了各种不同类型的永磁体序列,并利用4块一组的永磁铁序列产生梯度场,使磁铁表面上方产生可供抗磁性物质悬浮的稳定区域,成功实现了石墨的悬浮.此外,还利用顺磁性溶液及电磁铁实现了氧化铝和硅的悬浮.     

悬浮水轮回复现象的探究

通过对稳定悬浮在冲击水柱上方的轻质球形物体进行预实验猜想,判断出其稳定悬浮条件与水柱冲击点位置相关.在对水柱冲击点进行速度方向的分解后,由康达效应得知流体流经弯曲物体表面过程中存在相互作用力,遂试图利用边界层理论对物体进行受力分析,进而给出物体横向受力的表达式.解释了物体在水柱冲击点稍偏离平衡冲击位置时,物体所受到的类似“回复力”的现象.通过实验测量结果验证了此理论的自洽性.     

科里奥利力现象演示的新方法

当物体相对于转动参照系存在相对运动时,对于转动参照系,物体除了受到惯性离心力作用外,还会受到科里奥利力的作用,我们利用磁性显示板显示运动轨迹的方法直观而且清楚地演示了这一力学现象。