第6期王翠云,等:霍尔传感器法磁阻尼系数和动摩擦系数测定仪的研制 系数μ 表1 K=斜率·W 斜面的倾角 滑块从不同高度处滑下通过 μ=截距 (4) A、B两点的时间T/ 2实验装置 /m 0881006075345903340341033603430337 实验装置如图1。 0902005770326003770378037903780380 0921005450306104270430043304290420 09380051402872047604800482047604 095800479026570575057456805770568 T为计时仪读数,L为滑块在斜面上下滑的长度 H为L所对应的高度。可以看出,在给定θ的范围内 滑块在A、B间的运动在误差范围内一致,因而均可认 M霍 为是匀速的。 32磁阻尼系数与动摩擦系数的测量 计时仪 依次改变斜面倾角,记录数据如表2。 Lm Hm L/s tan e cos e ,/m/s),(cos en 上海大学电力电子设备厂 08810060750338206896082320 09020057700378406397084240 图1实验装置 09210054400427805917086060607870 图1中,1是HTM-1霍尔开关用计时仪(它由50938005140047860548008700543306195 直流电源和电子计时器组成);2是铝质槽形斜面,可0958004790057240500089440454205078 通过夹子M的上下移动来调节斜面与水平面的夹角 测量滑块质量m=57950×10kg 在斜面的反面A、B处各装1个霍尔开关,用计时仪 (图中1)可测量滑块通过A、B的时间3是调节斜面的距离平均值为0260m。用最小二乘法进行数据计 横向倾角的螺钉适当调节3可保证磁性滑块在斜面算,得斜率=0487截距=02723,相关系数r 下滑时不偏离,4为重锤,用它帮助确定L和H的值 999。从而求得磁摩擦系数K和滑动摩擦系数p 5是磁性滑块,它是在圆柱形非磁性材料的一个滑动 K=斜率·W=04487×57950×103×9794 面上粘一薄片磁钢制成的,因而在这一面附近的磁感 =2547×10N·sh 应强度较强。而另一面附近的磁场很弱,以至可以忽略 不计。为了区别将强磁场面涂成兰色,弱磁场面涂成或k=2547×11g/s=截距=02723 黄色。 结束语 将3M型透明隐形胶带分别粘于磁性滑块的两滑 动面上的铝质斜面上,对其动摩擦系数进行研究。 本实验的内容所涉及的知识十分丰富。在理论上 它涉及到力学、电学和磁学等方面的物理概念,而所运 3实验方法及结果 用数据处理方法(将非线性方程转变为线性方程),在 科学研究中很典型。在测时方面,采用了先进的集成霍 31磁阻尼现象的观察与实验条件的获得 调节M,使斜面具有某一倾角,调节螺钉3,保证开关,其重要特点是测时精度高,且抗干扰能力强、 滑块下滑时不往旁边偏离。将滑块蓝面(有磁铁的 体积小、价格低,因此是一种理想的精确计时工具,可 以大规模推广。在选择材料方面,滑块和斜面的接触部 面)朝下,此时不仅存在滑动摩擦力,而且还存在着磁 阻尼力 分,用了M型透明隐形胶带,这种材料较耐磨,且稳 在约20645的范围内能达到滑块能匀速下定性好,因而实验的重复性很好。 滑的实验条件。对于同一θ值,让滑块从不同高度滑 从设计思想来看,本实验是一个设计性、开放性实 验,它对提高学生的能力和素质有一定帮助,因此其所 下,由通过两传感器的时间相同,来说明滑块在A、B 间的运动是匀速的。实验结果如表1。 要求的实验技巧和处理问题的能力等可以引入普物实 验中。笔者的研究成果现已由上海大学核力电子设备 2 01995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Lid. All rights reserved.系数 Λ K = 斜率õW (3) Λ= 截距 (4) 2 实验装置 实验装置如图 1。 图 1 实验装置 图 1 中, 1 是H TM 21 霍尔开关用计时仪(它由 5V 直流电源和电子计时器组成); 2 是铝质槽形斜面, 可 通过夹子M 的上下移动来调节斜面与水平面的夹角 Η, 在斜面的反面A 、B 处各装 1 个霍尔开关, 用计时仪 (图中 1) 可测量滑块通过A 、B 的时间; 3 是调节斜面 横向倾角的螺钉, 适当调节 3, 可保证磁性滑块在斜面 下滑时不偏离; 4 为重锤, 用它帮助确定L 和 H 的值; 5 是磁性滑块, 它是在圆柱形非磁性材料的一个滑动 面上粘一薄片磁钢制成的, 因而在这一面附近的磁感 应强度较强。而另一面附近的磁场很弱, 以至可以忽略 不计。为了区别, 将强磁场面涂成兰色, 弱磁场面涂成 黄色。 将 3M 型透明隐形胶带分别粘于磁性滑块的两滑 动面上的铝质斜面上, 对其动摩擦系数进行研究。 3 实验方法及结果 3. 1 磁阻尼现象的观察与实验条件的获得 调节M , 使斜面具有某一倾角, 调节螺钉 3, 保证 滑块下滑时不往旁边偏离。将滑块蓝面(有磁铁的一 面) 朝下, 此时不仅存在滑动摩擦力, 而且还存在着磁 阻尼力。 在约 20°< Η< 45°的范围内能达到滑块能匀速下 滑的实验条件。对于同一 Η值, 让滑块从不同高度滑 下, 由通过两传感器的时间相同, 来说明滑块在A、B 间的运动是匀速的。实验结果如表 1。 表 1 斜面的倾角 L öm H öm Ηö° 滑块从不同高度处滑下通过 A、B 两点的时间 T ös C1 C2 C3 C4 C5 0. 8810 0. 6075 34. 59 0. 334 0. 341 0. 336 0. 343 0. 337 0. 9020 0. 5770 32. 60 0. 377 0. 378 0. 379 0. 378 0. 380 0. 9210 0. 5450 30. 61 0. 427 0. 430 0. 433 0. 429 0. 420 0. 9380 0. 5140 28. 72 0. 476 0. 480 0. 482 0. 476 0. 479 0. 9580 0. 4790 26. 57 0. 575 0. 574 0. 568 0. 577 0. 568 T 为计时仪读数,L 为滑块在斜面上下滑的长度, H 为L 所对应的高度。可以看出, 在给定 Η的范围内, 滑块在A 、B 间的运动在误差范围内一致, 因而均可认 为是匀速的。 3. 2 磁阻尼系数与动摩擦系数的测量 依次改变斜面倾角, 记录数据如表 2。 表 2 L öm H öm L ös tan Η co s Η vö(mös) v·(co s Η) - 1 ö(mös) 0. 8810 0. 6075 0. 3382 0. 6896 0. 8232 0. 7687 0. 9338 0. 9020 0. 5770 0. 3784 0. 6397 0. 8424 0. 6871 0. 8156 0. 9210 0. 5440 0. 4278 0. 5917 0. 8606 0. 6078 0. 7063 0. 9380 0. 5140 0. 4786 0. 5480 0. 8770 0. 5433 0. 6195 0. 9580 0. 4790 0. 5724 0. 5000 0. 8944 0. 4542 0. 5078 测量滑块质量m = 5. 7950×10- 3kg。 图 1 中AB 两点间的距离为常数, 实测得AB 间 的距离平均值为 0. 2600m。用最小二乘法进行数据计 算, 得: 斜率= 0. 4487, 截距= 0. 2723, 相关系数 r= 0. 9996。从而求得磁摩擦系数 K 和滑动摩擦系数 Λ: K = 斜率·W = 0. 4487×5. 7950×10- 3×9. 794 = 2. 547×10- 2N ·söm 或 K = 2. 547×10- 2kgös Λ= 截距= 0. 2723 4 结束语 本实验的内容所涉及的知识十分丰富。在理论上, 它涉及到力学、电学和磁学等方面的物理概念, 而所运 用数据处理方法(将非线性方程转变为线性方程) , 在 科学研究中很典型。在测时方面, 采用了先进的集成霍 尔开关, 其重要特点是测时精度高, 且抗干扰能力强、 体积小、价格低, 因此是一种理想的精确计时工具, 可 以大规模推广。在选择材料方面, 滑块和斜面的接触部 分, 用了 3M 型透明隐形胶带, 这种材料较耐磨, 且稳 定性好, 因而实验的重复性很好。 从设计思想来看, 本实验是一个设计性、开放性实 验, 它对提高学生的能力和素质有一定帮助, 因此其所 要求的实验技巧和处理问题的能力等可以引入普物实 验中。笔者的研究成果现已由上海大学核力电子设备 第 6 期 王翠云, 等: 霍尔传感器法磁阻尼系数和动摩擦系数测定仪的研制 97 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved