试验一电力线分布试验.DOC

實驗六　磁矩及地磁水平強度 一、實驗目的： 測磁鐵的磁矩及地球磁場水平強度 二、實驗： 地球上某點之磁場在水平方向之分量稱為該點的地球磁場水平強度，以表示之。若將一指南針水平懸吊於點，因受地磁影響其N極指向北，S極指向南，而停止在磁子午線agnetic meridian)之方向。現若於距點處，水平放置一長2L的磁鐵，其方向垂直於地磁水平方向如圖一所示， 則此磁鐵所產生的磁場在點處為。由指南針的偏轉角度(可得與的關係 (1) 另我們亦可將磁鐵視為由許多小的磁偶極(agnetic dipole)排成一直線所構成，其總磁偶極(magnetic dipole moment)為m。設其中的一個磁偶極距離點為，其磁偶極矩為，則此磁偶極在點處所產生的磁場為 (2) 將上式對整個磁鐵做積分得B的大小為 (3) 不過由於磁鐵的兩磁極之距離(稱為磁距，magnetic length)，實際上略小於磁鐵的物理長度，因此上式的結果為一近似值。將式(3)代入式(1)，得到 (4) 假使以絲線將磁鐵水平吊之，靜止時磁棒軸線為磁子午線之方向以絲線為軸，將磁鐵自靜止位置轉至某角度(（角度宜小），如圖二所示，則磁棒所受的回復力矩(為 (5) 式(5)之方程式，即為扭擺運動方程式，可周期Ｔ (6) 其中為磁鐵之轉動慣量(oment of inertia)。若磁鐵為圓柱棒，其質量為，長為，半徑，則 (7) 若磁鐵為方棒時，其質量為M，長為2L，寬為b，則 (8) 由(6)可得 (9) 將測得之T及I代入式(9)，可求得之值，再與式(4)解聯立方算及之值。、實驗： 1.偏角磁針台，磁針靜止時偏角磁針正東西向。如圖三2. 置磁鐵於偏角磁強計之槽上，讀出磁針之轉角度θ，並記磁鐵中心至磁針中心距離為。3. 代入(4)，可得m之值（最好更換其南北極各測一次，再求平均值代入）。4. 將上述磁鐵懸吊於一細線下，以另一磁鐵（或鐵片）自平衡點外引轉至某角度（約）以使開始動，如圖四所示。當動後此另一磁鐵即拿開。5. 用stop watch），測其動周期。6. 測磁鐵之長2L，並用天測得磁鐵之質量，求。7. 代入，可得。8. 由及，即可求出及。9. 使用不同的磁鐵，重複本實驗。在測磁鐵之動時，因磁鐵受地磁的影響，故轉動會減小。為避免誤差，應開始半測轉動二十次。2. 1 T = 104 G 四、： 1. 本實驗的回復力矩與扭擺實驗中的回復力矩有何不同？本實驗原理忽略了後者。你如何以實驗來證明這樣做是合理或不合理？2. 在步驟中，為什麼「最好更換其南北極各測一次，再求平均值」？3. 請導出原理(3)。4. 在討論本實驗所得的地球磁場水平強度與附註中的台中市地球磁場水平強度的差異時，你應該將台中市與大葉學地理位置的差異包含進去。你認為此等差異會有什麼樣影響？(提示參見附註)： )，1 G = 10(4 T） 地磁水平強度 臺北市 0.35841 基隆市 0.35842 新竹市 0.36001 花蓮市 0.36083 臺中市 0.36132 臺東市 0.36653 臺南市 0.36698 高雄市 0.36800 物理實驗記錄表格 實驗六、磁矩及地磁水平強度 實驗時間： 年 月 日 姓名：________________ 1. m/B0： 磁棒長度：2L =mB0：磁棒長度2L磁鐵質量磁鐵磁鐵轉動慣量 7 8 9 10 mB0平均值