磁悬浮地球仪制作.pdfVIP

第XX届XX青少年科技创新大赛

青少年科技实践活动研究报告

活动名称：下悬式磁悬浮地球仪制作

活动申报团体：XXXXXX

所在单位（全称）：XXXXX

辅导教师：

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下悬式磁悬浮地球仪制作

摘要：磁悬浮地球仪分为上悬浮地球仪和下悬浮地球仪，上悬浮主要靠磁性

的拉力让悬浮体悬浮，相对技术难度比较简单。下悬浮技术主要靠同性相斥的原

理，让悬浮体浮在空中，视觉效果更好。制作的过程涉及3D建模、3D打印、

电路板焊接、模型上色、调试等环节，不仅锻炼了学生的动手实践能力还培养了

学生的小组协作精神。

关键字：3D打印、下悬式、地球仪、模型、装置

一、研究背景

面对新的高考改革和12种科目组合的选课制度，2021级高一面对临机遇

与挑战并存，为了激发同学的学习兴趣，同时尽快适应新高考改革和组合选课，

特此成立了磁悬浮地球仪爱好小组，由XXXX、XXXX、XXX和XXXX4人组

成。

二、活动目的

通过本次实践活动，使学生能利用磁悬浮的相关原理和3D打印地球仪的模

型，变抽象为具体，使学生更加形象地认识地球自转的基本特点，从北极上空来

看呈逆时针方向旋转，从南极上空来看，呈顺时针方向旋转等知识点。由空间想

象变为空间实体模拟，使学生更易接受知识点，从而激发其研究天文的兴趣爱好。

三、研究方法

查阅资料法、调查研究法、实验法

四、活动实施过程和内容

1、磁悬浮地球仪的基本原理

磁悬浮地球仪分为上悬浮地球仪和下悬浮地球仪，上悬浮主要靠磁性的拉力

让悬浮体悬浮，相对技术难度比较简单。下悬浮技术主要靠同性相斥的原理，让

悬浮体浮在空中，视觉效果更好。本次制作的是难度较大的下悬浮。磁悬浮地球

仪利用电流磁场效应使一段有相同磁极的地球仪悬浮在空中，金属线圈通过电流

就会成为电磁铁。电磁铁与地球仪顶端的磁铁间的吸力可抵消地球仪所受重力，

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因此地球仪可悬浮于空中。用手轻轻触碰地球仪使其偏离平衡位置，手移开后地

球仪扔可回到平衡位置，不至于掉落。这是利用负回馈机制。

2、所需要的电子原件及其电路图以及3D建模打印设计图

电阻：1.2K1.5K10K100K180K1K20K330K3.3K430K5.1K

电容：104型号0.1uf105型号1uf220uf

可调电阻：10k

LED灯：长脚正值，短脚负值

稳压，可调基准源，霍尔感应器（3503），三极管B772，D882，LM324

（2个），二极管（4148），排针（公排针和母排针若干），机械电流表，电

路板（主副2片），电烙铁，万用表，松香助焊剂，焊锡丝，修复膏，高温

海绵，线圈（4个，涂绝缘漆），永久磁铁（24块），螺丝刀，电源12V2A，

短路帽等。

3D建模打印由具体XXXXX负责完成。

3、下悬式磁悬浮具体制作过程

依次摆开电子原件，分类标号放好，先把各种不同阻值的电阻分类安放在不

同号位主电路板上，电阻没有正负极之分，安装好用焊锡进行焊接，之后放置二

极管，焊接二极管的时候要注意正负极，一段标有黑颜色的部分为负极，对应电

路板白色标记。之后依次焊接即可。这个步骤比较耗时，而且得有熟练的焊接技

巧，由于学生第一次接触焊锡，我预备了两个主电路板，先让他们试着焊接，只

有熟悉掌握了基本的焊接技术，才能在另一个主电路板上正式焊接。焊接电容和

LED灯也要注意正负极，长脚为正极，短脚为负极。电路板上电容正负极的标

记为圆圈带白色，LED灯电路板上有正负标记。按照顺序焊接完主板，背面焊

接母排针。在焊接可调电阻之前，要把万用表调节到2K欧姆范围，之后万用表

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测试两端的电阻，用黑笔接触中间脚，用红笔接触两边的触脚，使两边阻值相同

（由贾沛衔完成），之后焊接副板。

副板的焊接有两个主要重点，一个就是霍尔感应器的高度，另一个就是两

个感应器之间不能接触。在焊接之前，先安装一个线圈，以一个线圈的高度为基

准，要求霍尔感应器的高度是线圈的一半，或者稍微高点。如图：

感