物理实验1levitating spinner报告人电子科技

1、Levitating Spinner悬浮的陀螺报告人：电子科技大学 周荣朴题目A toy consists of a magnetic spinning top and a plate containing magnets (e.g. LevitronTM). The top may levitate above the magnetic plate. Under what conditions can one observe the phenomenon?一个玩具由磁性的陀螺和含磁铁的盘子组成（如 (LevitronTM) 。陀螺有可能悬浮在磁盘上。在哪些情况下可以观察到这种现象？2概述研究

2、对象现象描述原理分析建立模型实验总结3研究对象如图为市售的磁悬浮陀螺组成部分： 方形磁性底座 磁性陀螺 配重圆环(塑料环和铁环) 楔形托片 托盘视频演示4现象描述配重必须仔细调节底座必须水平放置陀螺仅在很小的空间范围内稳定小的偏离可以自动平衡，但偏离稍大则陀螺飞出转动渐渐变慢，陀螺明显晃动，最终掉落翻覆5原理分析：陀螺进动陀螺旋转的角动量重力及支持力产生力矩力偶矩改变角动量陀螺旋转6受力分析：竖直(z轴方向) 与 水平方向重力与磁力的平衡：水平方向的力指向z轴进动使陀螺不翻覆底板与陀螺的极性 原理分析：受力平衡NSNSMgfm,z7模型建立磁感强度：其中系数n为磁感强度偏导的系数磁偶极子受力：

3、受力平衡时：m1B0-Mg=0 故 m108模型建立模型一：陀螺方向始终与z轴（竖直）方向平行竖直稳定：m20不能同时成立，陀螺方向不能始终与z轴平行9模型建立模型二：陀螺方向与磁场方向平行(与观测一致)由磁场的泰勒展开式可以得到竖直方向水平方向10模型建立竖直和水平方向上稳定的条件： m10 (平衡的条件)m20则m0 (决定极性)m(12-42)011实验：磁场测量测量水平面上磁场(z轴方向)：移动磁块磁场强度传感器 Pasco CI-6520A12实验：磁场测量水平方向上的磁场（z轴分量）水平方向坐标(cm)磁感强度 (Gauss)测量高度2.0cm4.0cm7.0cm11.4cm13实

4、验：磁场测量测量轴上磁场(z轴方向)移动磁块14实验：磁场测量竖直方向上的磁场(z轴分量)及拟合的曲线竖直方向坐标 z(cm)磁感强度 (Gauss)15实验：数据处理对拟合得到的磁感强度函数求导可得1和21012-420稳定区域z(cm)1012-420稳定条件16实验：数据处理z(cm)稳定区域：3.17cmz3.51cm212-4217实验：稳定区域最低点与最高点理论值: 3.17cmz3.51cm实验值:约3.15cmz3.69cm Mmax23.44gZmin3.15cmMmin23.15gZmax3.69cm18总结用简单模型分析了陀螺的运动状态和稳定情况实验测量了磁场和悬浮高度，验证了模型悬浮的条件：磁性底座产生的磁场分布陀螺极性、磁矩、重量陀螺在稳定区域能受力平衡19参考文献1Simple theory for the Levitron T. B. Jones J. Appl. Phys.2Th