物理实验第20卷第9期 测量地磁场水平分量的两种方法 王易易·柳玥陆申龙 (复旦大学物理系上海200433) 摘要介绍用集成霍尔传感器和自制磁力计测量地磁场水平分量 关键词地磁场集成霍尔传感器磁力计 1用集成霍尔传感器测量地磁场水平分量B1 1.1地磁场的三个参量 如图1所示,磁偏角a为地球表面任一点 的地磁场强度矢量B所 在的垂直平面与地理子 图2 午面的夹角;磁倾角B为 ↓地磁子午面 时可近似认为是处于零磁场状态),数字电压表 地磁场强度矢量与水平 读数为U1(可认为零读数值),迅速把感应面转 面之间的夹角;水平分量 地磁场叠度B90°(与B1方向垂直),数字电压表测得值为 B1为地磁场强度矢量B U2,所以受地磁场水平分量影响的霍尔电压为 在水平面上的投影 图1 1.2集成霍尔传感器 由U=kB1,得地磁场水平分量为 SS95A型集成霍尔传感器由霍尔元件、放 B1=(U2-U1)/k 大器、剩余电压补偿器组成,可以消除霍尔元1.4实验数据及结果 件产生的剩余电压,所以输出电压值能直接反 测量数据如表1所示 映待测磁感应强度大小(差一个常量k).它的 表1用霍尔元件测B1数据 灵敏度k=31.25V/T,当加在集成霍尔元件上 测量次数 ⊥1234567 电压Us约为5.0V时,在无地磁场条件下 U1/mV0.070.070.040.030.040.070.03 (0T)输出为2.500V,其灵敏度漂移和温度误 U/mV.061.071.031051.071.08|08 差造成的灵敏度漂移均小于0.05% U/mv0.9900992021-203.011.05 1.3实验原理及方法 由表中数据可得 实验线路如图2所示,E为直流稳压电源 B1=U/k=3.23×10-T (电压为5V左右).先将开关K打向1,使数字 上海地区地磁场水平分量B1=3.43 电压表输出电压为2.5V.再将开关K打向2,10-T,相对误差为5.8% 调节变阻箱R1,使霍尔元件处于零磁场时,数2用自制磁力计测地磁场水平分量B、 字电压表输出电压为零.用磁针罗盘仪测量地 磁场水平分量B1的方向及其垂直方向,并画在21实验原理及方法 白纸上.使霍尔元件感应面与B1方向一致(这 用一根细线将一总磁矩为Pa均匀磁化的 复旦大学物理系97级本科生,“联系人,指导教师 C1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, LId. All rights reserved
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物理实验第20卷第9期 条形磁铁在中央水平悬挂起来(如图3所示).离L处,由电磁学知识可知条形磁铁在垂直于 横截面,并通过其中点的垂线O点(磁力计 处)产生的磁感应强度B为 (2) 磁场B垂直于B1,二者叠加使马蹄形磁铁转过 角度0,则tanO=B/B1,因为θ很小,所以tan0 图3条形磁铁的振动 ≈b,由(2)式得 由于受地磁场水平分量B1作用,若偏离B1方 向一个小角度q,则受力矩M= PnXB1作用而 A4π(L2-2)2 Zm 作简谐振动设条形磁铁转动惯量为I,当值M<1/10时,(/D)≈0,所以 很小时sn9≈q,运动方程为 P ZT B1 (3) =一PmB19 如图4所示,当镜面转过0时,设水平标尺0刻 该简谐振动的周期T为 度线移动距离为d,望远镜面与标尺垂直距离 为s,则由几何关系可知tan(20)=d/s,角度很 VPnB 小时,tan(20)≈20,所以 由(3),(4)式得 PmB, P 若条形磁铁长2A,截面高为a,宽为b,质量为 m,则其转动惯量 2.2实验数据及结果 1)PaB1的测定 测量n次振动时间t如表2所示 表2振动周期T的测定 10T/s 93.54 18.7412112.0 93.30 28.17 21.5593.38 37.5014130.9693.46 46.75 140.26 93.51 149.71 8748518168.369351 图4磁力计测地磁场装置 如图4所示,用贴有反射镜的细线将马蹄形磁 将表2数据用逐差法处理得 铁悬挂起来,制成磁力计.受地磁场水平分量 T=93.45sT=9.345s 作用,马蹄形磁铁取向与地磁场水平分量方向 磁铁数据m=0.2410kg,2=0.1690m,a= 相同.将条形磁铁沿东西方向放在磁力计的正0.0100m,b=0.0200m.则 东或正西(垂直于磁场水平分量的方向上)距 C1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, LId. All rights reserved
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物理实验第20卷第9期 导电橡胶在力学演示实验教学中的应用 刘洪滢1)宋杏茹2) (1)保定师专物理系0710512)河北大学071002) 摘要应用导电橡胶做压力传感器,将力转换为电信号,并用仪表指示物体受力情况 关键词导电橡胶压力传感器压力电信号仪表 导电橡胶是由橡胶中掺入一定比例的金属据发现,每次实验压力相同时,对应的电阻值 粉末、或石墨或碳黑粉末制作而成,常态下电有偏差,说明相同的压力对应的形变不容易精 阻值很大.受到压迫体积变小,粉末间距离减确控制.但多组实验数据画出的曲线近似相同 小,导电性能增加,电阻值变小.为了说明压可用来作演示实验,把导电橡胶作为可变电阻 力与电阻的关系我们用图象表示,图1是某牌设计一个简单电路,将导电橡胶安装在受力部 位、用仪表指示电流值间接指示出压力的大小, 传感器 作力学演示实验时效果明显 具体作法:用两根多股导线在一端各剥去 欧婚表 5cm左右的绝缘皮,将芯线梳理平直后用叉 指法平放在一块长约3cm、宽约13cm的绝缘 板上(如果芯线多可以剪掉一部分),用502胶 粘贴,使芯线间绝缘,完全疑固后用砂纸打磨 平,让金属线露出,目的是让导电橡胶与其有 图1压力F与电阻值R的关系曲线 良好的接触.另一种方法用单面敷铜板刻制.再 号导电橡胶使其发生形变的外力与电阻值变化用宽约1.5cm左右厚约1.5cm左右的金属板 的实验数据曲线.从曲线可以看出随着压力F作一个托板和一个压板,将导电橡胶片作为压 的增大,电阻值R逐渐减小分析多组实验数力传感器安放在两板之间使用.零件制作方法 (2λ)2+b2 =5.816×10-4kg·m2 相对误差为3.5% 感谢常熟高等专科学校焦丽风老师的指导 把T,I数据代入(1)式得 与帮助 12b=a 72=2.629×10-4k 3参考文献 当s=2.300m,L=1.000m,d=22,05cm,注 1上海半导体十六厂,Ss95型集成霍尔元件产品说 意p=4x×10-N/A2,将数据代入(5)式有 明书 B1=45=2.397×10A2,m3,N-12郑水令,贾起民,电磁学(下册),上海:复且大学 2)B1的计算 3郑永令,贾起民,力学(下册).上海:复且大学出 B1=√PnB1/(P/B1)=3.31×10-T 版社,199 上海地区地磁场水平分量B1=343×105T, (20001-10收稿,2000-06-15收修改稿) C1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, LId. All rights reserved
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