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中国科技馆展品及原理中国科技馆是一个集科技、文化、教育于一体的综合性博物馆，展示了许多令人叹为观止的科技成果和创新成果。
其中的展品和原理无疑是吸引观众目光的焦点。
本文将为大家介绍中国科技馆的一些著名展品及其原理。
首先，中国科技馆展出的“激光干涉仪”是一件令人印象深刻的展品。
激光干涉仪利用激光的干涉现象来测量长度、角度、折射率等物理量，具有高精度、非接触测量等优点。
其原理是利用激光的相干性和干涉现象，通过光程差的变化来测量被测量物体的形状和位置。
在实际应用中，激光干涉仪广泛用于工业制造、精密测量、光学加工等领域。
其次，中国科技馆展出的“磁悬浮列车模型”也是一件备受关注的展品。
磁悬浮列车利用磁悬浮技术，通过磁场的作用使列车悬浮在轨道上，并利用磁力推动列车运行，具有速度快、运行平稳等优点。
其原理是利用超导磁悬浮技术，通过超导磁体在超导态下产生的强磁场与轨道上的永磁体相互作用，使列车悬浮并运行。
磁悬浮列车在城市交通、高速铁路等领域具有广阔的应用前景。
另外，中国科技馆展出的“人工智能机器人”也是引人注目的展品之一。
人工智能机器人是一种具有自主学习、决策和执行能力的智能装置，具有模仿人类思维和行为的能力。
其原理是通过传感器采集环境信息，经过数据处理和学习算法，实现自主决策和行为执行。
人工智能机器人在工业生产、医疗护理、服务行业等领域有着广泛的应用。
最后，中国科技馆展出的“虚拟现实设备”也是备受关注的展品之一。
虚拟现实设备利用计算机图形学、模拟技术和人机交互技术，将用户置身于一个虚拟的三维环境中，具有沉浸感强、交互性好等特点。
其原理是通过头戴式显示器、手柄等设备，将虚拟环境实时呈现给用户，并通过用户的动作和指令实现交互。
虚拟现实设备在游戏娱乐、教育培训、医疗治疗等领域具有广泛的应用前景。
总的来说，中国科技馆的展品及其原理展示了科技的创新成果和应用前景，为观众带来了科技的魅力和无限的想象空间。
希望通过本文的介绍，能让大家对中国科技馆的展品有更深入的了解，也能对科技的发展和应用有更多的思考和探索。
磁悬浮模型（6课时）一、活动目的：初步了解磁悬浮列车能悬浮的原理；通过模型的制作体会实际磁悬浮列车速度快的原因；锻炼解决实际问题的能力，锻炼动手实践能力。
让学生体会到实验研究的艰辛，体会物理问题的解决不是一朝一夕的事情，需要长时间的不断努力与奋斗二、课前准备：1、学生准备材料：硬纸板、剪刀、透明胶带纸、30cm细线或细绳、长螺丝钉、拇指粗细的塑料管30cm长、牙膏盒2、教师准备：统一购置磁铁、已完成的磁悬浮模型样本三、科室安排：预计两课时，此模型学生要解决的问题较多，难度较大，根据实际情况可能需要3~4课时完成。
四、活动安排第一或第一、二课时主要任务解决磁悬浮的轨道问题，后面课时逐渐完成磁悬浮。
.每小组内商议轨道形状，可采取圆形或直线型。
不论选用哪种形式的轨道，都要研究如何解决列车在斥力作用下偏离轨道的问题（这是本模型制作成败的关键，也是难度所在），各小组在确定轨道形状后，先从理论角度研究如何解决列车偏离轨道的问题。
备用方案：1、选择圆形轨道的，可采用公园玩具飞机的结构形式（如右图所示），即用塑料管将车体与轨道圆心连接，利用塑料管使车体始终悬浮于轨道上方，从而防止车体偏离轨道。
制作技巧：塑料管长度等于或稍大于轨道半径，将塑料管一端粘在车体底部，另一端穿一小孔后架在长螺丝钉上，以螺丝钉作为转轴转动，螺丝钉经过轨道圆心，并穿透硬纸板且固定牢固。
2、选择直线型轨道：在轨道两侧间距等于车体宽度的距离上做两条纸板墙，利用纸板墙夹住车体，防止车体偏离轨道。
两种方案各有优势，圆形轨道做工相对复杂，但制作完成后，加上动力系统，列车则能连续运动。
采用直线轨道的，制作工艺简单些，但列车运行距离受到限制，并且可能产生较大阻力，失去磁悬浮阻力小的特点。
第二或第三课时：完成车体的制作，完成车体与轨道的组合，最终完成磁悬浮模型的制作。
五、理论1、磁悬浮的原理：磁体磁极间的相互作用力，即引力和斥力，实现悬浮。
2、磁悬浮特点：此项技术应用于列车，从而改变了传统列出的轮轨设计，使车体本身没有轮子，大大减小的阻力，是车速高达550km/h，可与飞机媲美。
一骑绝尘，驶向未来的高速轨道交通——高温超导磁悬浮列车作者：***来源：《科学大众·小诺贝尔》2021年第04期同學们，你们认为在交通领域，哪种交通工具的速度最快？有同学会说，陆地上最快的交通工具是高铁吧;也有同学说，是飞在空中的飞机。
在高速交通领域，高铁和飞机无疑是一对最有力的竞争者。
在陆地上，高铁在时速160～400千米范围很难遇见竞争对手;而在空中，民用飞机在时速800～1000千米范围也是称雄一方。
细心的同学会发现，在高铁和飞机各自“管辖”的速度范围之间，还有一个空当尚未被填补。
那么，在时速400～800千米的速度领域，谁能担当大任呢？这就需要我们今天的主角——高温超导磁浮列车闪亮登场了。
2021年1月13日，世界首台高温超导高速磁浮工程化样车及试验线在我国成都下线启用。
这台重达12吨的样车就像是漂浮在水面上的一片叶子，仅用手就能轻松向前推动，其时速则高达620千米，是我国自主研发设计、自主制造的，标志着高温超导高速磁浮工程化研究实现从无到有的突破。
“同性相斥”原理，让列车悬浮起来为什么磁悬浮列车可以跑那么快，其实，这主要和同学们了解的两大知识点——电与磁有关。
磁悬浮列车跑得快的秘密之一，在于“电流的磁效应”这个原理。
1820年，丹麦物理学家奥斯特在一个小伽伐尼电池的两极之间接上一根很细的铂丝，在铂丝正下方放置一枚磁针，然后接通电源，小磁针微微地跳动，转到与铂丝垂直的方向。
这正是他苦苦求证的电流磁效应。
此后，法国物理学家安培又通过大量的实验研究了电流间的相互作用，并且提出了著名的分子电流假说：磁性物质中，每个分子都有一段微观电流，每个分子的圆电流会形成一个小磁体。
在磁性物质中，这些电流沿磁轴方向规律地排列，从而显现一种绕磁轴旋转的电流，如同螺线管电流一样。
这就是电流间产生的相互作用力，它与两块磁铁间的“异性相吸、同性相斥”作用力类似。
“同性相斥”时，两块磁铁中间有股看不见的力量，在极力“拒绝”两块磁铁相吸。
超高速磁悬浮列车的动力学建模与控制研究随着科技的进步，磁悬浮列车成为了现代高速交通的一种重要形式，也是未来交通的发展趋势。
磁悬浮列车比传统列车具有更高的速度和更先进的技术，其既可以减少城市拥堵，同时也可以提高旅行的速度、舒适性和安全性。
然而，由于其复杂的控制问题，磁悬浮列车的建模与控制一直是研究重点。
超高速磁悬浮列车的建模和控制是极具挑战性的问题。
这里介绍一种动力学建模方法，利用李群及李代数理论，将超高速磁悬浮列车问题转化为任意李群上的左不变向量场的估计问题，通过最优化求解来得到该向量场的估计值，从而实现对列车状态的控制。
在动力学建模过程中，需要对列车的主要参数进行确定。
列车的质量、轮距、气动系数等都是影响列车性能的重要参数。
其中，质量是列车动力学性能的重要指标。
由于超高速磁悬浮列车速度较快，其运行中会遇到空气动力学的影响，因此需要引入气动系数进行建模。
此外，两车轮的距离也需要考虑，它们对列车性能具有很大影响。
建立好了超高速磁悬浮列车的动力学模型之后，需要进行控制。
常用的控制方法有PID控制和模型预测控制。
PID控制是最常用的一种控制方法，它通过对偏差、积分和微分这三个量的加权组合来控制系统的输出。
模型预测控制是建立一个预测模型，通过预测模型来实现对列车状态的控制。
它的优点是可以利用未来的状态信息来调整当下的状态，从而使得控制效果更加理想。
需要注意的是，磁悬浮列车还需要考虑悬浮系统的控制问题。
超高速磁悬浮列车的悬浮系统一般分为电磁悬浮和磁力悬浮两种。
在悬浮系统的控制中，需要将列车的重力、气动力和侧向力进行优化控制，以保证列车在高速运行时的稳定性和平顺性。
总体来说，超高速磁悬浮列车的动力学建模和控制研究是一个复杂而又困难的问题。
通过合理的动力学建模方法和控制策略，可以实现对列车状态的实时监测和控制，确保列车在高速运行下的稳定和安全。
未来，随着科技的不断发展，超高速磁悬浮列车将会成为人们出行的主要方式，磁悬浮技术的研究和开发也将会得到广泛的关注。
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，。
科技小制作：磁悬浮车模型
磁悬浮列车是一种新颖的交通工具，上海浦东正在建设世界上第一条实用型磁悬浮列车轨道。
在教学中经常讲到上海的巨变、浦东日新月异的发展，就要提到磁悬浮列车。
做一个磁悬浮车模型，能让学生更好地了解磁悬浮的原理，以及由于摩擦力小而飞速行驶的特点。
要做成功磁悬浮车模型必须解决两个问题。
第一，模型如何悬浮在磁性轨道上?第二模型怎样能够快速前进?我采用的方法：利用磁铁同极相斥的原理，使车模型悬浮，采用电动螺旋桨反推，使车模型前进。
制作方法：1、轨道：用五夹板锯一个直径50厘米圆盘，将塑料磁性条用百得胶粘于圆盘四周作轨道。
2、车模型：用木条、电动机等材料做成简易机车模型。
3、悬浮方法：把机车模型放在圆盘的磁性轨道上，由于同极相斥原理，使模型悬浮在轨道上。
4、悬浮限位方法：用长约25厘米的木条，一端钻孔插在圆心轴上，另一端粘牢磁悬浮车模型，使模型限位于圆盘轨道上方并悬浮着。
先用手拨动测试，要求磁悬浮车能绕圆心轻松地运动。
5、动力：在小电动机上装一只塑料螺旋桨，电动螺旋桨旋转产生动力。
6、电源为外接型一用二节5号电池作电源。
用一只双向闸刀做开关，控制车辆前进和后退。
演示方法：打开开关，模型能在轨道上悬浮着，飞速地作前进或后退运动。
本模型特点：在教学中能形象、直观地演示磁悬浮列车的一些基本原理和现象。
親子DIY磁浮列車更加明白科學的原理
作者﹕文/ 攝影蕭世鴻
要讓小朋友更加明瞭高科技下的產物，動手做不失為一個好方法。
要完成磁浮列車浮模型的材料並不多樣，原理也不太複雜。
是利用列車上磁鐵與鐵軌上磁鐵的不同磁極性之間的磁吸引力而浮起而進前，前進時沒有接觸地面，因此只有空氣是其阻力。
磁浮列車的最高速度可以達每小500公里，比走在鐵軌上高速列車的300多公里還要快，因此可成為飛機的競爭對手。
動手做會提高孩子對科學觀查能力理解能力。
製做磁浮列車所需工具與材料:
工具：美工刀、熱熔膠槍、尺、剪刀、樹質白膠(膠水)、薄雙面膠帶。
回收類材料：空的牙膏盒
一般類材料：圓型磁鐵26個、珍珠板、蠟燭。
材料一材料二
貼上圍牆軌道完成了，使用20個磁鐵
列車頭在底部，使用六個磁鐵看一看，列車有沒有浮起來
完成圖由於只有浮力，沒有推進力，所以只要輕輕的一推，車子就會前進
當車子放在軌道你會發現車子是浮起了但歪一邊，真正的磁鐵必須有二排，才會平衡，但模型只有一排軌道，只好加高圍牆的高度了。
圍牆的內側與車子接觸面可以用蠟燭條來減少摩擦力。
簡易磁浮列車
壹、前言
偶而看見上海磁浮列車的網路影片()，想想看有什麼樣的簡單教具可以讓學生了解磁浮列車的原理，於是就展開腦力大作戰，跟著也是同科的老婆相互討論著，終於想出了利用簡易材料製作一個簡易的磁浮列車，雖然只是一個很小的創意點子，真正的磁浮原理也未能全數道盡，但畢竟「它」花了我幾乎一個週五晚上到週日晚上不眠不休的假日，跑了電子材料行不下二十趟，嘗試更換最適合的電子零件，最後終於做出還可以動的「簡易磁浮列車」，希望藉由K12的分享平台，給予同好們指教的機會，也希望夥伴們不吝惜提供新的創意點子，製作更精良的教具，歡迎大家一起來。
貳、磁浮列車的產生
上圖顯示我們無法使一塊磁鐵穩定地浮在另一塊磁鐵上
人類日常生活中所使用到的交通工具，有自行車、公車、電車、汽車、火車、船、飛機等，我們把這些運送人或物品從一個地方到另外一個地方的東西，稱為運輸工具。
這些運輸工具為了要移動，有些車子加的是汽油、有些車子加柴油，也有一部分的車子使用的是天然氣或電力。
然而，在地面上的這些交通工具，主要靠輪子與地面的摩擦力行走，但是也因為摩擦力，使得它們的速度有一個上限(約300公里)。
為了要有更快速、廉價、安全且不製造污染的交通工具。
磁浮列車，這種完全符合未來要求的新交通工具，正由幾個國家很努力的發展當中。
叁、磁浮原理
磁浮火車是利用磁力使火車懸浮於路軌之上。
磁浮列車是利用磁力使車體浮起來，因為並沒有與軌道直接接觸，因此能將阻力減到最小，在前進的時候，利用電與磁的交互作用，可以使磁浮列車前進及後退。
磁浮列車使用了許多的電磁鐵，電磁鐵的好處就是可以用電流方向來改變磁極，不但方便而且容易控制。
一、電流的磁效應原理
在螺旋形的導線上通電，就會在螺旋形導線的中間產生感應磁場，而此感應磁場的大小和導線圈數及電流成正比，當電流斷路時感應磁場也會同時消失。
磁場方向可由安培右手定則決定：右手四指的方向依照導線電流方向握起則姆指方向則為感應磁場的N極。
二、磁浮列車浮起的原理
永久磁鐵或電磁鐵異極會相吸，同極卻有極強的排斥力，磁浮列車能浮起來就是利用這個原理。
而車體的重量並不輕，若要靠磁鐵相吸及相斥的力量將它浮起來，車上及軌道上的磁力就必須要很強。
因此搭配使用電磁鐵和永久磁鐵，除了可增強磁性之外還可以節省一部分的電力。
三、磁浮列車前進的原理
磁浮列車的前進原理是利用１線性馬達。
線性馬達將原來普通馬達轉動的力量轉換為直線移動的力量。
同樣利用磁力的排斥力與吸引力，使得浮在軌道上的列車能向前加速或減速，由於車體與軌道間沒有摩擦力，能量不會因此而消耗。
(註１線性馬達：將馬達與直線動作機構結合為一體，即稱為線性馬達。
)
(以上資料摘自/question/?qid=1005030504152)
肆、磁浮列車種類
1. 吸引型磁浮列車：德國高速運輸系統所採用，利用了「電磁力懸浮法」(EMS) 把火車浮起。
2. 推斥型磁浮列車：日本磁浮列車所採用，利用了「電動力懸浮法」(EDS)把火車浮起。
PS.以上磁浮列車原理簡介可以自行上網查詢相關資料。
伍、材料設備
3M 的強力雙面膠裝飾用的彩色反光膠帶
高腳圖釘用來墊高圓磁鐵細鐵絲用來拖引保麗龍車廂
單刀開關用來切換電源ON,OFF 四或五號電池盒
隨身聽使用之小馬達，規格5V內竹片棒用來當作車廂底座
強力圓形磁鐵黏在馬達上帶動車體強力長條磁鐵用來當軌道工具：尖嘴鉗、剪刀、美工刀、瞬間膠、電烙鐵、焊錫、錐子、LED、膠帶、工具箱之塑膠隔片。
陸、製作流程
一、環形軌道製作
先至壓克力店，請老闆製作環形壓克力，寬度以圓形磁鐵直徑為準，稍大1 -2mm，厚度約 4mm 環型軌道，直徑不可太小，太大又不方便移動，約500 mm 即可。
二、貼上長條磁鐵
將 3M 強力雙面膠剪開，先黏在長條磁鐵的底側，撕開雙面交保護膜，再緊緊地沿環型軌道兩側，黏上長條磁鐵，因為長條磁鐵具有柔軟度，故可以沿環形壓克力軌道黏上長條磁鐵。
注意環型軌道兩側之長條磁鐵一定要同極，另外長條磁鐵相接處最好以美工刀切除接縫多餘磁鐵，儘量密合。
三、車頭製作
(一) 將工具箱塑膠隔片當作車頭底座，馬達以 3M 雙面膠固定在一端，強力圓形磁鐵已快乾膠黏在馬達轉軸上，注意，一定要
黏在圓形磁鐵正中央，而且轉軸與磁鐵沾黏處面積極小不容易黏，要靠經驗累積。
(二) 將電池盒以 3M 雙面膠黏在隔片上方，並將電源線正負極焊在單刀開關上，在將單刀開關固定在隔片電池盒前簷。
(三) 車頭之後輪以高腳圖釘黏在薄圓形磁鐵上，並將隔片車頭的另一端開一小孔，以利支撐車頭車身。
(四) 為考慮電源是否有電，可以串聯方式焊接LED，一方面增加美觀，二方面判定電源是否正常運作，市面上也有閃爍型LED，
顏色也很多，稍貴，可以考慮。
四、拖車車箱製作
(一) 以竹片棒為車體，將短圖釘黏在竹片棒二端，圖釘針扭成900，再以短圖釘黏在薄圓形磁鐵上，負責支撐車箱車體。
(二) 以約 50mm 之細鐵絲，兩端扭成小圓型，掛在兩個車箱扭成900的圖釘針上，聯成一列列車箱。
(三) 取厚約 300mm 之保麗龍，切割成車箱形狀，注意美觀及修飾，可以彩色膠帶點綴，保麗龍車箱以 3M 雙面膠固定在車體
上。
柒、成果展示
一、照片集錦
完成的車頭本體(一) 完成的車頭本體(二)
車頭加上保麗龍車箱及LED 完成的車廂(一)
完成的車廂(二) 列車全貌(一)
列車全貌(二) 車箱磁鐵懸浮
車頭磁鐵懸浮大功告成─終於可以向前跑了。
