亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于phyphox軟件驗(yàn)證電流磁效應(yīng)*

        2022-09-01 13:20:08雷思楠易庭豐
        物理通報 2022年9期
        關(guān)鍵詞:磁場測量實(shí)驗(yàn)

        張 順 雷思楠 易庭豐

        (云南師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 昆明 650500)

        1820年,丹麥科學(xué)家奧斯特在一次實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)小磁針在通電導(dǎo)體旁邊發(fā)生偏轉(zhuǎn),這就意味著電流磁效應(yīng)被發(fā)現(xiàn).電流磁效應(yīng)是中學(xué)物理中非常重要的組成部分,但由于儀器的原因,使得恒定電流產(chǎn)生磁場難以被測量;學(xué)生只能靠想象和抽象的作圖來學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容.

        傳感器的發(fā)展,使得實(shí)驗(yàn)手段很多樣:用傳感器測量亥姆霍茲線圈產(chǎn)生的磁場[1],在教學(xué)中,也大量地引用傳感器[2~5].phyphox是利用手機(jī)自帶的傳感器,調(diào)用相對應(yīng)的模塊進(jìn)行工作.在phyphox軟件磁傳感模塊中,最小可測量10-8T,滿足實(shí)驗(yàn)要求.基于以上分析,本文利用該軟件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),測量電流產(chǎn)生的磁場,探究磁場大小與電流大小,與導(dǎo)線距離的關(guān)系,間接求得電流.

        1 實(shí)驗(yàn)原理

        根據(jù)電流磁效應(yīng)[6,7],通電導(dǎo)體會產(chǎn)生磁場,如圖1所示.通電直導(dǎo)體在p點(diǎn)處產(chǎn)生的磁場滿足關(guān)系式

        (1)

        當(dāng)導(dǎo)體無限長時,θ1=0,則式(1)改寫為

        其中a表示測量點(diǎn)與直導(dǎo)體之間的距離.

        圖1 通電直導(dǎo)線產(chǎn)生磁場

        由于實(shí)驗(yàn)中電流產(chǎn)生的磁場大小與地磁場大小相當(dāng),故考慮地磁場對實(shí)驗(yàn)的影響.傳感器測得的磁場為

        B測=BI+B地

        (2)

        根據(jù)上式,可測量長直導(dǎo)體任意位置的磁場(比如測量一般通電導(dǎo)線的磁場).為了測量的方便,我們可以測量導(dǎo)線中心水平面上的磁場,即軟件測量數(shù)據(jù)中,方向Z的值.此時可將式(2)化為

        B測=BI+B⊥

        當(dāng)傳感器與導(dǎo)體水平平面不重合時,如圖2所示(假設(shè)在O點(diǎn)處有一垂直于紙面向里的電流流過),顯然,B為電流產(chǎn)生的磁場,且與豎直方向的夾角為θ,此時測得的磁場為

        B=B⊥+BIcos θ

        (3)

        其中

        a,b分別為待測點(diǎn)與直導(dǎo)體的水平距離和直線距離.

        圖2 傳感器與導(dǎo)線不水平情況下的磁場分布

        為了消除地磁場豎直分量對實(shí)驗(yàn)的影響,筆者采取改變電流的方向、不改變其大小的方法,并記錄下B1和B2,若地磁場的豎直分量記作B0,電流產(chǎn)生的磁場為B,設(shè)兩次測得的磁場分別為B1和B2,且B1>B2,則有

        所以有

        (4)

        2 實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理

        2.1 phyphox軟件簡介

        phyphox(或手機(jī)物理工坊)是一款借助手機(jī)自帶傳感器而工作的軟件,可實(shí)現(xiàn)多種功能,如數(shù)據(jù)的采集與共享、數(shù)據(jù)的可視化等等.手機(jī)中的傳感器可供phyphox軟件調(diào)用的較多,包含了力、光、磁等模塊,比如調(diào)用加速度計(jì),便可獲得其原始數(shù)據(jù),這可被用來研究超重和失重[2];調(diào)用光傳感器,采集曝光值,可以作為光電門使用[3];調(diào)用磁力計(jì)模塊,便可測量通過磁力計(jì)3個維度上的磁場.

        2.2 實(shí)驗(yàn)平臺的搭建及傳感器位置的確定

        實(shí)驗(yàn)裝置如圖3(a)所示,其中兩升降臺是為了使手機(jī)傳感器與銅棒中心平面在同一水平高度;換向開關(guān)是改變電流產(chǎn)生磁場的方向;數(shù)顯讀數(shù)顯微鏡精確測量手機(jī)遠(yuǎn)離銅棒的距離.

        打開phyphox軟件中的Magnetometer,用一磁性物質(zhì)沿手機(jī)上邊緣移動(由于在本實(shí)驗(yàn)中,只需要用到傳感器與左右邊框的距離和在豎直方向上的位置,故只需要用磁性物質(zhì)沿上邊緣移動、在豎直方向上移動即可),觀察手機(jī)顯示磁場的變化.當(dāng)磁性物質(zhì)與磁傳感器在同一豎直直線上時,磁場有最大值,即當(dāng)磁場最大時,如圖3(b)所示,磁針與左右邊框的距離為傳感器與左右邊框的距離.以oppoR15為例,傳感器位置距離上端聽筒(1.78±0.04)cm ,距離手機(jī)屏幕反面(0.30±0.01)cm處.

        圖3 驗(yàn)證電流磁效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置

        2.3 探究磁場大小與電流和距離的關(guān)系

        使手機(jī)緊貼著銅棒,固定手機(jī)與銅棒的位置,如圖4所示;改變電流的大小,并測量產(chǎn)生磁場的大小B.測得數(shù)據(jù)如表1所示;根據(jù)表1數(shù)據(jù),利用MATLAB擬合功能作B-I曲線,如圖5所示.由圖5可以看出,B-I圖線的斜率滿足如下關(guān)系

        則傳感器與手機(jī)邊緣(聽筒左側(cè)的距離)

        隨后固定電流的大小,逐次增大手機(jī)與銅棒之間的距離,并且測量電流在每個位置產(chǎn)生磁場的大小,記錄每對B-a值.

        圖4 手機(jī)顯示數(shù)據(jù)圖像

        表1 電流產(chǎn)生的磁場與電流大小的關(guān)系

        圖5 距離一定時,磁場與電流的關(guān)系

        由圖5可知,電流產(chǎn)生的磁場與電流大小成正比.計(jì)算得,斜率為11.12 μT/A ,則距離a=1.80 cm,這接近傳感器的位置.

        當(dāng)固定電流大小、改變與手機(jī)距離時,測量出的電流在每個位置產(chǎn)生的磁場大小數(shù)據(jù)如表2所示.根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)利用MATLAB擬合功能作出B-a曲線,如圖6所示.

        表2 電流產(chǎn)生的磁場大小與距離的關(guān)系

        圖6 電流一定時,磁場與距離的關(guān)系

        由圖6可知,擬合程度為99.79% ,擬合較好,同時可以驗(yàn)證:當(dāng)電流固定時,所產(chǎn)生的磁場大小與距離成反比關(guān)系.

        2.4 一般導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場的測量(即任意位置磁場的測量)

        當(dāng)導(dǎo)體是一般導(dǎo)線時,傳感器與導(dǎo)線中心平面不在同一水平面,其中電流的大小為0.6 A

        a0=18.78 mm

        b0=18.81 mm

        cosθ=0.998

        根據(jù)式(3)、(4),將

        a=18.81 mm

        代入

        算得電流大小,如表3所示.

        表3 普通導(dǎo)線通過0.6 A電流產(chǎn)生的磁場以及求得的電流

        根據(jù)上表,可得平均電流

        I=0.608 A

        相對誤差為1.33%.

        3 總結(jié)

        借助phyphox軟件,從電流的磁效應(yīng)出發(fā),可以探究磁場大小與導(dǎo)體電流大小成正比,與導(dǎo)體的距離成反比;同時還可以間接測出通過導(dǎo)體的電流;實(shí)驗(yàn)操作簡單,現(xiàn)象明顯,這極大程度上減小了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度,使課堂更具有趣味性.

        本文除了在教學(xué)中應(yīng)用之外,在實(shí)際運(yùn)用中判斷導(dǎo)線是否通電,也可以利用該方法進(jìn)行:測量導(dǎo)線兩側(cè)豎直方向上的磁場,若導(dǎo)線兩端磁場不同,則證明導(dǎo)線中有電流通過;同時還可以應(yīng)用于測量恒定電流的實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)誤差較?。?/p>

        猜你喜歡
        磁場測量實(shí)驗(yàn)
        記一次有趣的實(shí)驗(yàn)
        西安的“磁場”
        為什么地球有磁場呢
        把握四個“三” 測量變簡單
        做個怪怪長實(shí)驗(yàn)
        滑動摩擦力的測量和計(jì)算
        滑動摩擦力的測量與計(jì)算
        磁場的性質(zhì)和描述檢測題
        NO與NO2相互轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)
        實(shí)踐十號上的19項(xiàng)實(shí)驗(yàn)
        太空探索(2016年5期)2016-07-12 15:17:55
        中文字幕一区二区三区四区| 亚洲黄色尤物视频| 国产精品亚洲婷婷99久久精品| 乳乱中文字幕熟女熟妇| 97一期涩涩97片久久久久久久| 人人妻人人澡人人爽久久av | 国产在线不卡视频| 91亚洲夫妻视频网站| 国产精品无码翘臀在线观看 | 性人久久久久| 夜先锋av资源网站| 亚洲VA中文字幕欧美VA丝袜| 日本中文字幕人妻精品| 亚洲国产精品无码一线岛国| 亚洲欧美激情在线一区| 乱人伦视频69| 精品人妻日韩中文字幕| 大地资源高清在线视频播放| 真实国产乱啪福利露脸| 色婷婷色99国产综合精品| 中文字幕亚洲高清视频| 欧美变态另类刺激| 熟妇人妻AV中文字幕老熟妇| 亚洲天堂免费一二三四区| 开心五月天第四色婷婷| 尤物视频在线观看| 国产精品久久久久久久专区| 亚洲中文字幕一区二区三区多人| 色欲av伊人久久大香线蕉影院 | 最近中文字幕免费完整版| 首页动漫亚洲欧美日韩| 91久久精品一区二区喷水喷白浆| 国产精品人成在线观看免费| 乌克兰少妇xxxx做受野外| 国产精品深夜福利免费观看| 男女啪啪在线视频网站| 久久不见久久见免费影院国语| 国产在线丝袜精品一区免费| 高清亚洲精品一区二区三区| 亚洲最新无码中文字幕久久| 日韩无套内射视频6|