磁悬浮陀螺探究性试验.doc

常温磁悬浮陀螺小组成员：刘悦晨091140044 彭威091140051杨阳091140076王陈路091140065 杨名091140075 实验目的1. 演示陀螺的悬浮现象，加深对陀螺不受外力矩时角动量守恒的理解。2. 研究陀螺稳定悬浮的条件，培养研究性思维的能力。仪器组成具有轴对称磁场分布的永磁体底座和一个磁矩陀螺。（永磁体底座用电磁铁来做，磁矩陀螺）自己制作所需要的实验仪器：1、 永磁底座：可以是四块大小相等的磁钢按磁场方向拼成（这个我们自己来拼）边长15cm 或者是直径均匀磁场分不均匀的永磁环，稍大些以便产生均匀的涡旋磁场（内径15cm的永磁环）2、 普通木质陀螺（23个）：直径5cm左右3、 与木制陀螺外径相匹配的永磁环：内径5cm左右4、 配重片：即小铁片（若干），实验时可根据实际情况附在陀螺体上，以平衡重量5、 底珠：装在陀螺底部 6、 保护套：以免陀螺掉落造成损坏7、 有机玻璃平板，用于托住陀螺:边长15cm的正方形平板备注：我们的想法是，我们还需要一套磁悬浮陀螺实验的成品仪器，以便和我们自己制作出来的磁悬浮陀螺的效果进行比对，以校验制作的效果，希望您允许。实验原理将一个永磁圆环同轴地装在一个陀螺的内部就构成了一个磁矩陀螺。沿轴向磁化的永磁环是本实验的关键部分。永磁底座为一个水平放置的直径较大的永磁体环，他所产生的磁场是轴对称分布的。在某一定高度垂直于轴线的平面内，磁场不但是轴对称的，而且在对称轴附近有磁场的极小值；在该平面与对称轴的交点附近沿轴线方向，离大磁环越远磁场越弱。磁矩陀螺受磁场的作用实际上是一个磁矩受磁场的作用。由公式可知，当磁矩与外磁场大体平行式磁力总是把磁矩推向磁场较强的区域，当反平行时，磁力则总将磁矩推向磁场较弱的区域力矩的作用总是将磁矩转向磁场的方向，若磁矩与外磁场平行或反平行时，力矩总为0，陀螺可以平衡。平行时稳定，反平行时不稳定。磁矩在磁场中还受到力矩的作用，力矩为零的位置不是平衡稳定的位置，微小的偏离会使磁矩陀螺转向力矩更大的姿态，从而最终破坏了平衡的条件。磁矩陀螺是转动的，飞速转动的陀螺具有角动量，由于磁矩陀螺的结构使得它的角动量和它的磁矩平行（同轴）即角动量与磁矩平行或反平行。需要说明的是，悬浮中的陀螺的转动不但要受到空气阻力的，而且陀螺的结构和磁场的不均匀性将极大地影响陀螺的转动，他常常比空气阻力的影响要大得多。由以上的分析，使浮力与重力方向一致是实现陀螺悬浮的关键，因此实验中调整基座的方向是十分重要的必须仔细认真操作。实验步骤调节基座使之大体上水平。1. 用右手拇指食指夹持陀螺，左手拿承接板-一块薄有机玻璃板。2. 使承接板在基座上方处于大体水平状态，转动陀螺，使它在承接板上转动。3. 慢慢下移承接板直至转动陀螺悬浮在空中。4. 在陀螺悬浮不稳定时，重复步骤14，直至陀螺在空中稳定悬浮（可达数分钟）。 注意事项1. 本实验需要一定的技巧，操作者要经过一定训练才能掌握，故不能操之过急。2. 尽量不要使陀螺摔落到水泥地面上，以免损坏。思考题1. 为什么不转动的陀螺不能实现稳定的悬浮？2. 为什么转动的陀螺能实现稳定的悬浮？力平衡靠什么来实现？力矩平衡靠什么来实现？3. 陀螺实现稳定后，它的受力和力矩都平衡了吗？为什么？4. 转动对陀螺实现稳定的悬浮有何重要的意义？5. 若陀螺实现稳定后其轴线稍稍偏