本實(shí)用新型專利涉及實(shí)驗(yàn)儀，尤其涉及一種全方位可調(diào)式簡(jiǎn)易磁浮式力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀。

背景技術(shù)：

目前，高校與廠家均采用傳統(tǒng)式氣墊導(dǎo)軌模式懸浮滑塊進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，即在三角鐵圍城兩端封堵的空腔導(dǎo)軌兩側(cè)均勻鉆孔，氣泵通過(guò)一端向封閉的三角鐵導(dǎo)軌空腔內(nèi)充氣，氣體通過(guò)三角鐵空腔導(dǎo)軌兩側(cè)小孔噴出，使滑塊懸浮于氣軌上進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。這種結(jié)構(gòu)，既不利于節(jié)能減排，滑塊運(yùn)動(dòng)也不很穩(wěn)定。此外，目前市場(chǎng)上還有一種平面式磁浮式導(dǎo)軌，滑塊也呈平面型，該模式下滑塊懸浮在磁軌上，不但兩側(cè)需設(shè)置擋壁，增加額外阻力，而且穩(wěn)定性不夠，嚴(yán)重地影響了實(shí)驗(yàn)測(cè)量精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足,提供一種結(jié)構(gòu)合理，實(shí)驗(yàn)效果好的全方位可調(diào)式簡(jiǎn)易磁浮式力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案：

這種全方位可調(diào)式簡(jiǎn)易磁浮式力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀,包括調(diào)平調(diào)傾斜角指示儀、磁軌、第一支撐腿、第二支撐腿、橫向調(diào)平橫梁、調(diào)平調(diào)磁軌傾斜支撐腿、第一光電門(mén)、第二光電門(mén)、實(shí)驗(yàn)滑塊、傳動(dòng)滑輪和砝碼盤(pán)；所述調(diào)平調(diào)傾斜角指示儀插在磁軌左端；第一支撐腿和第二支撐腿分別套在橫向調(diào)平橫梁兩端；所述橫向調(diào)平橫梁兩端位于磁軌左側(cè)底部；在磁軌右側(cè)底部設(shè)有兩支架形成的軌道；調(diào)平調(diào)磁軌傾斜支撐腿上部設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)輪，轉(zhuǎn)動(dòng)輪與兩支架形成的軌道配合；兩支架上設(shè)有調(diào)平調(diào)磁軌傾斜固定螺桿活動(dòng)滑槽，轉(zhuǎn)動(dòng)輪的輪軸連接有調(diào)平調(diào)磁軌傾斜固定螺帽桿與調(diào)平調(diào)磁軌傾斜固定螺桿活動(dòng)滑槽配合鎖緊；第一光電門(mén)和第二光電門(mén)分別固定在磁軌的側(cè)棱上；傳動(dòng)滑輪設(shè)于磁軌末端，實(shí)驗(yàn)滑塊放在磁軌上并通過(guò)線繩繞過(guò)傳動(dòng)滑輪與砝碼盤(pán)相連。

作為優(yōu)選：所述磁軌以及實(shí)驗(yàn)滑塊的截面均為等腰三角形狀并相互配合。

作為優(yōu)選：所述磁軌以及實(shí)驗(yàn)滑塊相接觸面內(nèi)側(cè)均設(shè)有同性長(zhǎng)方形薄磁鋼。

本實(shí)用新型的有益效果是：

滑塊與導(dǎo)軌呈三角形吻合形狀，相對(duì)應(yīng)表面均附著平面長(zhǎng)方形同性磁極磁鐵，由于同性磁極相斥，使之滑塊在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)既無(wú)摩擦又保持相對(duì)平穩(wěn)，而且采用了可調(diào)支撐桿來(lái)調(diào)平和可精確改變軌道傾斜角，采用調(diào)平調(diào)傾斜角度指示儀，來(lái)對(duì)磁浮式導(dǎo)軌進(jìn)行縱、橫向調(diào)平與沿著磁軌方向調(diào)節(jié)傾角的精確測(cè)量。

附圖說(shuō)明

圖1是整體結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖2是整體結(jié)構(gòu)主視圖；

圖3是調(diào)平、調(diào)傾斜支腿固定局部側(cè)視圖；

圖4是磁軌方向調(diào)平、調(diào)傾斜支腿與磁軌固定截面圖；

圖5是磁軌上實(shí)驗(yàn)滑塊受力分析圖；

圖6是氣軌調(diào)至某一角度側(cè)視圖；

圖7是調(diào)平調(diào)傾斜角度指示儀示意圖；

圖8是游標(biāo)尺精度標(biāo)定示意圖；

圖9是滑輪與支架示意圖；

圖10是滑輪示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述。下述實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本實(shí)用新型。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。

如圖1所示，為磁浮式力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀磁軌俯視圖。1、調(diào)平調(diào)傾斜角度指示儀插孔，2、橫向調(diào)平橫梁，2-1、第一調(diào)平支腿，2-2、第二調(diào)平支腿，3、磁軌，3-02、調(diào)平調(diào)傾斜轉(zhuǎn)輪軌道，6-40、調(diào)平調(diào)磁軌傾斜轉(zhuǎn)輪，7、滑輪架，7-1、牽引線孔。

如圖2和圖3所示，分別為磁浮式力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀全部與局部側(cè)視圖。1、調(diào)平調(diào)傾斜角度指示儀插孔，1-0、調(diào)平調(diào)傾斜角度指示儀，1-1副尺(游標(biāo)尺)，1-2、主尺，2-1、第一調(diào)平支腿，2-2、第二調(diào)平支腿，0-1、第一光電門(mén)，0-2、第二光電門(mén)，3、磁軌道，3-5、調(diào)平調(diào)磁軌傾斜固定螺桿活動(dòng)滑槽，4、實(shí)驗(yàn)滑塊，6、調(diào)平調(diào)磁軌傾斜支撐腿，6-40、調(diào)平調(diào)傾斜轉(zhuǎn)輪，6-4、調(diào)平調(diào)磁軌傾斜固定螺桿，7、滑輪架，7-0、牽引線，7-1、牽引線孔，7-2、砝碼盤(pán)。

如圖4所示，為磁軌方向調(diào)平、調(diào)傾斜支腿與磁軌固定截面圖。4、實(shí)驗(yàn)滑塊；4-1、滑塊上表面；4-2、平面長(zhǎng)方形磁鋼；4-3、光滑不銹鋼薄片；3、磁軌道；3-1、光滑不銹鋼薄片，3-2、平面長(zhǎng)方形磁鋼；3-3、不銹鋼片；3-01、磁軌支撐架，3-02、調(diào)平調(diào)磁軌傾斜轉(zhuǎn)輪軌道，3-03、光電門(mén)固定邊，6-1、調(diào)平調(diào)磁軌傾斜支撐腿腳；6-2、調(diào)平調(diào)磁軌傾斜螺旋；6-3、調(diào)平調(diào)磁軌傾斜鎖定螺絲；6-4、調(diào)平調(diào)磁軌傾斜固定螺桿，6-40、調(diào)平調(diào)磁軌傾斜轉(zhuǎn)輪，6-41、調(diào)平調(diào)磁軌傾斜固定螺帽，6-42、調(diào)平調(diào)磁軌傾斜轉(zhuǎn)輪軸；6-43、調(diào)平調(diào)磁軌傾斜鎖緊轉(zhuǎn)動(dòng)手握柄。

如圖9和圖10所示，是滑輪與支架示意圖，7、傳動(dòng)滑輪架；7-01、傳動(dòng)滑輪轉(zhuǎn)軸；7-02、傳動(dòng)滑輪。

如圖8所示，是測(cè)角儀精度標(biāo)定原理圖，采用了主尺29格(14.5°)與游標(biāo)尺30格對(duì)齊，將0.5°(30′)分配到30格中，每格為1′，即游標(biāo)尺的精度為1′。

磁軌、實(shí)驗(yàn)滑塊制作與受力分析：

1、磁軌與滑塊制作方法

用不銹鋼片做成三角形表面，在其上鋪設(shè)平面長(zhǎng)方形薄磁鋼，在鋪設(shè)過(guò)程中平面長(zhǎng)方形薄磁鋼的N(或S)極一律面上(或面下)，在平面長(zhǎng)方形薄磁鋼上面再鋪設(shè)同樣形狀的三角形光滑不銹鋼薄片，然后進(jìn)行技術(shù)性牢固；實(shí)驗(yàn)滑塊表面形狀與磁軌上表面三角形狀完全相同，材料也采用光滑不銹鋼薄片，其上鋪設(shè)平面長(zhǎng)方形薄磁鋼，磁鋼N(或S)極面下(或面上)，即實(shí)驗(yàn)滑塊磁鋼與磁軌接觸面磁鋼極性完全相同，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求對(duì)實(shí)驗(yàn)滑塊相關(guān)環(huán)節(jié)進(jìn)行技術(shù)性牢固和實(shí)驗(yàn)必須環(huán)節(jié)的技術(shù)性完備。

2、實(shí)驗(yàn)滑塊受力分析

如圖5所示，為放在磁軌上實(shí)驗(yàn)滑塊受力分析圖，由于實(shí)驗(yàn)滑塊為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，放在對(duì)稱磁軌上，采用同性磁極N(或S)極相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)方法，即若磁軌上平面長(zhǎng)方形薄磁鋼的磁極N(或S)極面上，則實(shí)驗(yàn)滑塊上的平面長(zhǎng)方形薄磁鋼磁極N(或S)極面下，實(shí)驗(yàn)滑塊向下兩面會(huì)受到磁軌兩側(cè)向上對(duì)稱斥力作用，其斥力大小分別為F₁，產(chǎn)生的合力F與滑塊重力mg大小相等、方向相反，其間存在一空氣間隙，這樣實(shí)驗(yàn)滑塊在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，就只會(huì)受到一空氣阻力作用。

磁軌上各部分間連接：

將調(diào)平調(diào)傾斜角指示儀插在磁軌左端1，將支撐腿1(2-1)和支撐腿2(2-2)分別套在橫向調(diào)平橫梁2前后端，磁軌3可沿磁軌3滑塊運(yùn)動(dòng)方向縱向圍繞前后支撐腿2-1、2-2軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以調(diào)節(jié)磁軌3水平與沿磁軌方向傾斜角α，將調(diào)平調(diào)磁軌傾斜支撐腿6上部轉(zhuǎn)動(dòng)輪6-1取下，放于靠近磁軌3中右側(cè)磁軌3兩支架3-01間，將轉(zhuǎn)動(dòng)輪6-1放在調(diào)平調(diào)磁軌傾斜支撐腿6上端中間，用調(diào)平調(diào)磁軌傾斜固定螺帽桿6-41穿過(guò)磁軌3調(diào)平調(diào)磁軌傾斜固定螺桿活動(dòng)滑槽3-5與調(diào)平調(diào)磁軌傾斜支撐腿6上端，并將調(diào)平調(diào)磁軌傾斜鎖緊轉(zhuǎn)動(dòng)手握柄6-43螺進(jìn)，將第一光電門(mén)0-1和第二光電門(mén)0-2分別固定在磁軌3側(cè)棱3-03上，將滑輪架7安裝在磁軌3末端位置，實(shí)驗(yàn)滑塊4放在磁軌3上，用線繩7-0的一端拴在實(shí)驗(yàn)滑塊4上，另一端穿過(guò)線繩孔7-1，繞過(guò)傳動(dòng)滑輪7-02，在保持線繩水平的基礎(chǔ)上，其終端與砝碼盤(pán)7-2相連，如圖1、2、3、4、9、10所示；

調(diào)平調(diào)傾斜原理：

1、調(diào)平

1、驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)；2、驗(yàn)證動(dòng)能定理；3、驗(yàn)證動(dòng)量定理；這三個(gè)實(shí)驗(yàn)需嚴(yán)格對(duì)磁軌3調(diào)平。調(diào)平方法：將調(diào)平調(diào)傾斜角度指示儀1的主尺1-2、副尺游標(biāo)尺1-1所在平面轉(zhuǎn)至與橫向調(diào)平橫梁2即支撐腿1、2方向平行，調(diào)節(jié)支撐腿1、2(2-1、2-2)，使之調(diào)平調(diào)傾斜角度指示儀1上的副尺(游標(biāo)尺)1-1指針指向主尺1-2的0刻度線，即橫向調(diào)平；再把調(diào)平調(diào)傾斜角度指示儀1主尺1-2、副尺(游標(biāo)尺)1-1所在平面轉(zhuǎn)至與磁軌3磁滑塊運(yùn)動(dòng)方向平行，松開(kāi)調(diào)平調(diào)磁軌傾斜支撐腿6的鎖緊轉(zhuǎn)動(dòng)手握柄6-43，調(diào)節(jié)調(diào)平調(diào)磁軌傾斜支撐腿6的升降螺旋6-2，使之調(diào)平調(diào)傾斜角度指示儀1上的副尺游標(biāo)尺1-1指針指向主尺1-2的0刻度線，即縱向調(diào)平，然后鎖緊調(diào)平調(diào)磁軌傾斜支撐腿6的鎖緊轉(zhuǎn)動(dòng)手握柄6-43。如圖2所示。

2、調(diào)傾斜

測(cè)量重力加速度需要將磁軌3調(diào)傾斜。調(diào)節(jié)方法：將調(diào)平調(diào)傾斜角度指示儀1主尺1-2、副尺(游標(biāo)尺)1-1平面轉(zhuǎn)至與橫向調(diào)平橫梁2(即第一支撐腿和第二支撐腿)方向平行，調(diào)節(jié)支撐腿1、2(2-1、2-2)，使之調(diào)平調(diào)傾斜角度指示儀1上的副尺(游標(biāo)尺)1-1指針指向主尺1-2的0刻度線，即橫向調(diào)平；再把調(diào)平調(diào)傾斜角度指示儀1主尺1-2、副尺(游標(biāo)尺)1-1所在平面轉(zhuǎn)至與磁軌3磁滑塊運(yùn)動(dòng)方向平行，松開(kāi)調(diào)平調(diào)磁軌傾斜支撐腿6的鎖緊轉(zhuǎn)動(dòng)手握柄6-43，向下調(diào)節(jié)調(diào)平調(diào)磁軌傾斜支撐腿6的升降螺旋6-2，調(diào)平傾斜轉(zhuǎn)輪軌道3-02就會(huì)在轉(zhuǎn)輪6-40上滾動(dòng)，待調(diào)平調(diào)傾斜角度指示儀1上的副尺游標(biāo)尺1-1指針指向主尺1-2和游標(biāo)尺1-1上的角度α?xí)r，鎖緊調(diào)平調(diào)磁軌傾斜支撐腿6的鎖緊轉(zhuǎn)動(dòng)手握柄6-43。如圖6所示。

實(shí)驗(yàn)滑塊表面與磁軌表面均采用三角形吻合形狀，實(shí)驗(yàn)滑塊內(nèi)表面即磁軌接觸面內(nèi)層與磁軌內(nèi)層面即實(shí)驗(yàn)滑塊內(nèi)表面相對(duì)均鋪設(shè)平面長(zhǎng)方形薄磁鋼，相對(duì)應(yīng)面均采用同性磁極，產(chǎn)生相互排斥力而使實(shí)驗(yàn)滑塊懸浮起來(lái)，磁軌兩側(cè)面對(duì)滑塊兩側(cè)面產(chǎn)生二斥力的合力與滑塊重力平衡，使實(shí)驗(yàn)滑塊懸浮起來(lái)，實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)滑塊在磁軌運(yùn)動(dòng)方向上僅受到空氣阻力的作用；

通過(guò)調(diào)節(jié)中間支撐腿高低，導(dǎo)軌底面就會(huì)在中間支撐腿上部轉(zhuǎn)動(dòng)輪上滾動(dòng)，以此來(lái)改變磁軌傾角，該傾角可在調(diào)平調(diào)傾斜儀上精確讀出，以此來(lái)測(cè)量重力加速度。

全方位可調(diào)式簡(jiǎn)易磁浮式力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀可做如下實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

1、通過(guò)對(duì)磁軌縱、橫向嚴(yán)格調(diào)水平來(lái)驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)原理略；

2、通過(guò)對(duì)磁軌縱、橫向嚴(yán)格調(diào)水平來(lái)驗(yàn)證動(dòng)能定理實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)原理略；

3、通過(guò)對(duì)磁軌縱、橫向嚴(yán)格調(diào)水平來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量定理實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)原理略；

4、通過(guò)對(duì)磁軌橫向調(diào)平，縱向沿著磁軌滑塊運(yùn)動(dòng)方向調(diào)節(jié)傾角，來(lái)測(cè)量重力加速度實(shí)驗(yàn)。精確測(cè)量重力加速度實(shí)驗(yàn)步驟與原理如下：

(1)首先，對(duì)磁軌橫向調(diào)水平與縱向沿磁軌滑塊運(yùn)動(dòng)方向調(diào)傾角α，調(diào)節(jié)方法如前；

(2)打開(kāi)毫秒計(jì)，并將其設(shè)置為加速度a檔位；

(3)將實(shí)驗(yàn)滑塊4放于磁軌3第一光電門(mén)0-1前松手，實(shí)驗(yàn)滑塊4就會(huì)在重力的作用下運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)第一光電門(mén)0-1擋光，再運(yùn)動(dòng)到第二光電門(mén)0-2擋光，從毫秒計(jì)熒光屏上可以依次讀出，經(jīng)第一光電門(mén)0-1擋光時(shí)間、瞬時(shí)速度，經(jīng)第二光電門(mén)0-2擋光時(shí)間、瞬時(shí)速度，以及經(jīng)過(guò)第一光電門(mén)0-1到第二光電門(mén)0-2之間的時(shí)間，以及實(shí)驗(yàn)滑塊4的運(yùn)動(dòng)加速度；

實(shí)驗(yàn)滑塊4的下滑力mg sinα；則mg sinα-f＝ma，由于實(shí)驗(yàn)滑塊磁浮在磁軌上，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受到空氣阻力很小，故重力加速度為：g＝a/sinα。