实验操作控制
第一步：整体转动寻找最大电压
电压: 0.00 mV
第二步：竖起圆盘后转动传感器
电压: 0.00 mV
灵敏度测量数据 叠加
| 序号 | 电流(mA) | 磁场(mT) |
正向(mV) | 反向(mV) | 均值(mV) |
水平分量测量
| 测量类型 | 电压(mV) | 角度 |
|---|
| 最大电压 U₁ | -- | -- |
| 最小电压 U₂ | -- | -- |
总磁场与磁倾角
| 测量值 | 结果 |
|---|
| 水平分量 B_hor | -- mT |
| 垂直分量 B_ver | -- mT |
| 总磁场 B_total | -- mT |
| 磁倾角 θ | -- °′ |
一、实验目的
- 掌握磁阻效应原理
- 学会使用亥姆霍兹线圈对磁阻传感器进行灵敏度标定
- 学会测量地磁场的水平分量、总磁感应强度及磁倾角
二、实验仪器
| 仪器名称 | 型号/规格 | 功能 |
|---|
| 磁阻传感器 | — | 感知磁场变化并输出电压信号 |
| 亥姆霍兹线圈 | N=500，R=0.1 m | 产生均匀磁场，用于灵敏度标定 |
| 数字电压表 | mV 级 | 测量磁阻传感器输出电压 |
| 角度刻度盘 | 0–360° | 读取装置与传感器旋转角度 |
| 水平仪 | — | 调节装置水平，保证测量基准 |
三、实验原理
3.1 磁阻效应与灵敏度测量
强磁性材料的电阻率随外加磁场变化而变化的现象称为磁阻效应，这是磁阻传感器工作的基础。亥姆霍兹线圈通以已知电流 \( I \)，可在中心区域产生均匀磁场 \( B \)：
\[ B = \frac{8\mu_0 N I}{\sqrt{125} R} \]
测量磁阻传感器在该磁场下的输出电压 \( V \)，即可计算灵敏度：
\[ K = \frac{V}{B} \quad (\text{单位：mV/mT}) \]
实验中通过正反电压平均值与磁感应强度拟合直线的斜率来确定灵敏度 K。
3.2 地磁场水平分量测量
将亥姆霍兹线圈电流调至 0，此时传感器仅受地磁场水平分量 \( B_{\text{hor}} \) 作用。旋转整个实验装置，使输出电压达到最大（传感器与地磁场水平分量平行），记录最大电压 \( V_1 \) 与最小电压 \( V_2 \)，则：
\[ B_{\text{hor}} = \frac{V_1 - V_2}{2K} \]
3.3 总磁场与磁倾角测量
地磁场是矢量，包含水平分量 \( B_{\text{hor}} \) 和垂直分量 \( B_{\text{ver}} \)，总磁场满足：
\[ B_{\text{total}} = \sqrt{B_{\text{hor}}^2 + B_{\text{ver}}^2} \]
磁倾角 \( \theta \) 是总磁场与水平面的夹角：
\[ \tan\theta = \frac{B_{\text{ver}}}{B_{\text{hor}}} \]
先整体转动装置找到最大电压位置，然后将中间圆盘竖起，转动传感器测量垂直分量对应的电压 \( V_{\text{ver}} \)，由 \( B_{\text{ver}} = V_{\text{ver}}/K \) 得到垂直分量，进而求出总磁场和磁倾角。
💡 参考值（西安市）：地磁场水平分量约 0.029 mT，垂直分量约 0.034 mT，磁倾角约 50°。
实验操作步骤
1灵敏度测量
- 点击“调节水平”使装置处于水平状态
- 调节亥姆霍兹线圈电流滑块至某一正值（如 100 mA），点击“记录正向电压”
- 点击“复位调零”后，将电流反向，点击“记录反向电压”
- 改变电流值，重复上述操作，至少记录 2 组完整数据
- 点击“计算灵敏度（拟合直线）”，系统自动拟合并显示灵敏度 K，随后进入步骤 2
💡 灵敏度通过正反电压平均值与磁感应强度拟合直线的斜率计算，数据点越多拟合越准确。
2地磁场水平分量测量
- 线圈电流已归零，传感器仅受地磁场作用
- 转动装置（调节水平角度滑块），观察电压变化
- 找到电压最大位置，点击“记录最大电压”；找到最小位置，点击“记录最小电压”
- 点击“计算水平分量”，由最大、最小电压差计算 \( B_{\text{hor}} \)，随后进入步骤 3
3总磁场与磁倾角测量
- 整体转动装置寻找最大电压位置，点击“寻找最大电压”
- 点击“竖起圆盘”，将中间圆盘转至竖直状态
- 转动传感器（调节垂直角度滑块），找到垂直最大电压，点击“记录垂直最大电压和角度”
- 找到垂直最小电压，点击“记录垂直最小电压和角度”
- 点击“计算总磁场与磁倾角”，得到总磁场 \( B_{\text{total}} \) 与磁倾角 \( \theta \)
💡 实验注意事项：
1. 每次调节角度后等待读数稳定再记录
2. 步骤 1 未完成时无法进行后续测量
3. 可随时点击“重置所有实验数据”重新开始