普通物理實驗室

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目的


透過測定磁鐵的磁場強度與距離的關係,並觀察順著磁偶極方向與垂直磁偶極方向的磁場強度變化。



實驗方法


用磁場感應器測量磁鐵垂直方向與水平方向磁場與距離關係。如下圖示:



原理


磁偶極magnetic dipole

左圖為一磁棒所產生的磁力線的示意圖,當這塊磁棒很短時(量測位置遠大於磁鐵尺寸),可以近似的把這塊磁鐵兩端的南北兩極看作是一個磁偶極子。則在磁偶極方向與垂直磁偶極方向的磁場大小變化與距離呈現什麼樣的關係呢?由於載有電流的線圈在磁場中會像磁棒一樣受到磁力矩,有這樣相似的特性,我們可以把線圈看作是一個磁偶極矩(如左圖)。




Biot-Savart Law 我們知道由電流產生磁場的關係式為

其中是磁導率,是電流大小,為長度向量,方向指向電流,是從線圈指向 P 點的向量。

如圖2所示,當載有電流的圓形線圈半徑 R 在中心軸位置產生的磁場為(即 P 點在 z 軸上時):

一般 Pxy 平面上的磁場為

其中 m 是磁偶極矩),是平行磁偶極方向的向量,是垂直磁偶極方向的向量。

:磁偶極的垂直方向磁場大小與水平方向磁場大小有何關係?




實驗儀器


 

其他同實驗A

實驗步驟


1.磁鐵平行磁偶極的擺放方式

2.調整磁場感應器的測量方向為軸向,精確度至1X

3.用零高斯計將磁場感應器歸零。

4.再調整磁場感應器與磁鐵的距離為10cm。

5.使用 Data Studio 測得磁場大小

  a.修改磁場感應的測量單位1X高斯

  b.點選啟動後,拉出磁場大小的數據表格,約5秒後停止測量,紀錄平均磁場大小。

6.每隔1cm測量一次。
  7.磁鐵垂直磁偶極的擺放方式
  8.調整磁場感應器的測量方向為徑向,精確度至1X
  9.重複步驟3-6。

參考資料


1.Fundamentals of Physics, Fifth Edition ( by David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker)

2.University Physics, 12th ed (H. D. Young & R. A. Freedman,)

3.http://en.wikipedia.org/wiki/Portal:Physics

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