李爽 周晓红 胡永金 毛书哲
摘 要
磁悬浮实验套装在一定程度上普及了磁悬浮技术的应用，但是由于仪器设计的自身限制，使得实验误差比较大，文章在分析了引起实验误差的基础上，既对实验指导提出了可行性意见，又在仪器研发的设计上给出了合理的建议。
关键词
磁悬浮;DHSY-1型;误差分析;仪器改进
中图分类号： P204 文献标识码： A
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 18 . 12
随着科技的发展，磁悬浮技术的应用越来越广泛，为了使学生在物理实验学习中了解并掌握磁悬浮技术，我校大学物理实验教学中心引入了磁悬浮实验仪器套装，开设相关的力学实验，取得了一定的教学效果。但是在实验过程中，也发现该磁悬浮仪器套装在设计上有一定的局限性，在数据测量中存在一定的误差。
1 仪器介绍
本实验室采用的磁悬浮仪器套装是DHSY-1型，实验装置如图1所示，有导轨、滑块、光电门、计数器等配件组成，导轨主体部分呈槽轨状。此仪器套装采用的是最基本的永磁悬浮技术，即在槽轨底部的中心轴线嵌入一层永磁体（钕铁硼NdFeB磁钢），同时在滑块的底部安装同极性的磁钢，形成两组带状磁场，如下图2所示。滑块与导轨是同极性磁铁，上下之间产生斥力，使滑块浮起来，避免相互接触，从而减少了运动的阻力此外，滑块在导轨槽内滑行，为了减小与两侧挡板摩擦，在滑块的两侧设计有滑轮。
2 误差分析与仪器设计
2.1 滑轮与两侧挡板间的摩擦
滑块在导轨内运行时，为了保证滑块在运行过程中不发生倾斜，处于稳定状态，必须使其与两侧挡板接触。虽然在设计滑轮的设计时，它是可以内外伸缩的，滑轮与挡板的动摩擦因数也很小，但是有些同学在实验过程中，不调节滑轮的位置，致使滑轮与挡板密切接触，使得摩擦力增大，滑块上滑轮与导轨位置上方俯瞰图如下图3所示。
2.2 滑块在运行过程中上下浮动
由于滑块运行过程中在竖直方向上受到的是重力和磁力的作用，其受力分析示意图如上图4所示。重力始终不会发生变化，但是在此过程中磁力均匀，滑块在运行时磁力有大有小，使得滑块在运行时“上下颠簸”，使得测量数据产生误差。
3 仪器改进设计
基于上述分析，设计并制作出一个用于实验且误差小的磁悬浮装置，如下图5所示。该装置包括测量尺、梯形滑轨和与梯形滑轨形状相匹配的槽状滑行器，槽状滑行器位于梯形滑轨上方且槽口朝向梯形滑轨。梯形滑轨的上表面以及两个侧面均设置有钕铁硼磁片，槽状滑行器的内壁设置有钕铁硼磁片，两磁片磁性相同，测量尺与梯形滑轨平行，且沿梯形滑轨的长度方向设置，受力比较均匀。
4 实验建议与总结
由于现有磁悬浮仪器套装在设计方面的固有缺陷，使得实验数据误差较大，除了通过改进实验仪器减小测量误差外，教师在进行实验指导是也要做到以下几点：
（1）在进行实验指导时，将实验仪器的设计理念讲解清楚，使学生在实验操作中能够明确知道自己的操作是否正确。
（2）实验指导教师应该根据学生的情况及时纠正其错误操作。
（3）在推动滑块时要求使用合适的速度进行实验。
参考文献
[1]周晓红，余厚德.一种用于实验的磁悬浮装置及实验装置套装[P].CN208861550U，2019-05-14.
[2]余佳敏，田晓艳，张伟建，冯卓宏，郑卫峰，陈志高，陈志华.小车-弹簧-小车简谐振动过程的研究[J].实验室科学，2019，22（01）：18-21.
[3]赵海宾，王爱兵，李敬芝.基于动量守恒的汽车二维碰撞车速计算模型研究[J].汽车实用技术，2018（20）：113-114.
[4]邓英.力学仿真实验教学对大学物理教學的作用[J].科技视界，2018（27）：164-165.
[5]詹强，黄江.基于创客空间的大学物理实验仪器维修工作探索[J].教育现代化，2017，4（26）：57-59.
[6]刘丹.新型大学物理实验仪器探讨[J].贵阳学院学报（自然科学版），2011，6（03）：54-59.
