磁悬浮列车模型.pdfVIP

基本原理 当把一个超导体移近永磁体表面时,因为磁感线不能进入超导体 内，所以在超导体表面形成很大的磁通密度梯度,感应出高临界 电流,从而对永磁体产生排斥.排斥力随相对距离的减小而逐渐 增大. 如图所示 用超导体做成小车,它可以克服自身的重力,使其悬浮在永磁体 铺成的导轨上方.当给超导体小车一定的作用力时,小车就会沿 导轨运动.在铺设永磁体导轨时, 按图2的方式铺设, 图2 由于两边磁铁的磁性相同,中间磁铁的磁性和两边的相反,这样 就会形成一个磁通峡谷,这个峡谷将承担一个隐形的防护栏作用, 使得小车在运行过程中不会脱离轨道,达到安全运行的目的. 图1基本模型 模型主要包括两部分:永磁体导轨、超导体小车. 图2 图3 (1)永磁体导轨: 图2为导轨示意图, 图3为按图2铺成的真实导轨, 主要是有序排列的永磁体. (2) 小车:小车由两部分组成,超导体盒(图4) 和小车外罩(图5). 超导体盒由抗磁性、抗低温、质量不太大的材料做成,大小按照 轨道和超导体的大小来设计,并且要牢固地卡住超导体. 小车外罩设计为和现代的磁悬浮列车外形相似的外壳,大小正好 能罩在超导体盒上. 3制作方法和过程 (1)导轨: 选择一条摩擦系数比较高,长度约为80cm,宽度为6cm,厚度为 2cm的笔直钢质管材作导轨底座.将永磁铁按图2的形式铺设到 底座上.两边的磁性相同,中间的磁性和两边的相反.利用永磁 铁之间的吸引力和永磁铁与管材表面的摩擦力,使得各个磁铁排 列得更加紧凑. (2)小车: 超导体盒的大小为:6 x 3.5 x 4(cm).由于导轨上的永磁铁的磁 性很强,所以小车必须选择一种非铁磁性材料来做,例如可以选 择泡沫塑料、工程塑料等材料,松香及防干胶布等. 小车外罩先用泡沫塑料和工程塑料做出小车的框架结构,再用彩 纸装饰,大小恰好可以盖住内部的超导体盒. (3)支架: 用钢筋焊接支架,长度60cm,高度30cm, 如图6所示. 要求把轨道放在其上面,可以保证平衡、安全. 挡板: 在轨道 的两端分别安装一个弹簧挡板, 如图7所示 当小车运行到轨道末端的时候可以碰撞到弹簧上,利用反冲力使 小车沿反方向运动,并且可以保护小车不会受到损坏. 4演示方法 (1)把长直导轨放在支架上,然后将小车放在导轨正上方. (2)带上防护手套,打开液氮罐,向瓷杯中慢慢注入少许液氮,加 盖. (3)将瓷杯中的液氮缓慢地注入小车内(注意不要使液氮溅到皮 肤上),迅速盖上小车外壳. (4)少许时间后,打开小车车盖,再次缓慢注入液氮,如此重复操 作数次,直到小车悬浮于导轨上方之后,停止此操作. (5)轻轻推动小车,使小车沿导轨运动起来.由于导轨两端装有弹 簧挡板,所以当小车运动到两端时就会由于弹性力的作用,来回 往返运动. (6)为了使小车的悬浮高度增加并且能持续悬浮,可以给小车持 续注入液氮. 5在演示过程 中,学生不但能掌握相关的物理学知识和原理, 还能深刻体会科学技术对社会的巨大推动作用 实用的超导材料 NbTi，Nb3Sn，