大学物理实验报告之磁场描绘.pdf

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1、大学物理实验——磁场描绘试验人：王志强学号：0908114045组号：第15组一、试验目的：1、掌握霍尔效应原理测磁场；2、测量单匝载流圆线和亥姆霍兹线圈上的磁场分布。二、实验仪器：（1）圆线圈和亥姆霍兹线圈实验平台，台面上有等距离1.0cm间隔的网格线；（2）高灵敏度三位半数字毫特斯拉计、三位半数字电流表及直流稳流电源组合仪一台；（3）传感器探头是由2只配对的95A型集成霍耳传感器（传感器面积4mm×3mm×2mm）与探头盒。（与台面接触面积为20mm×20mm）（4）不锈钢直尺（30cm）、铝合金靠尺三、实验原理：

2、(1)根据毕奥—萨伐尔定律，载流线圈在轴线（通过圆心并与线圈平面垂直的直线）上某点的磁感应强度为：2µ⋅R0B=N⋅I223/22(R+x)（1）µRxN式中0为真空磁导率，为线圈的平均半径，为圆心到该点的距离，为线B圈匝数，I为通过线圈的电流强度。因此，圆心处的磁感应强度0为：µ0B=N⋅I02R（2）轴线外的磁场分布计算公式较为复杂，这里简略。(2)亥姆霍兹线圈是一对彼此平行且连通的共轴圆形线圈，两线圈内的电流方向一致，大小相同,线圈之间的距离d正好等于圆形线圈的半径R。这种线圈的特点是能在其公共轴线中点附近产生较

3、广的均匀磁场区，所以在生产和科研中有较大的使用价值，也常用于弱磁场的计量标准。设z为亥姆霍兹线圈中轴线上某点离中心点O处的距离，则亥姆霍兹线圈轴线上任意一点的磁感应强度为：−3/2⎧⎡2⎤⎡2⎤⎫12⎪2⎛R⎞2⎛R⎞⎪B′=µ0⋅N⋅I⋅R⎨⎢R+⎜+z⎟⎥+⎢R+⎜−z⎟⎥⎬2⎪⎩⎢⎣⎝2⎠⎥⎦⎢⎣⎝2⎠⎥⎦⎪⎭（3）′B而在亥姆霍兹线圈上中心O处的磁感应强度0为：′8µ0⋅N⋅IB=03/25R（4）四、实验内容：载流圆线圈和亥姆霍兹线圈轴线上各点磁感应强度的测量。1）按图1接线，直流稳流电源中数字电流表已串接在

4、电源的一个输出端，测量电流I=100mA时，单线圈a轴线上各点磁感应强度B(a)，每隔1.00cm测一个数据。实验中，随时观察毫特斯拉计探头是否沿线圈轴线移动。每测量一个数据，必须先在直流电源输出电路断开(I=0)调零后，才测量和记录数据；2）将测得的圆线圈中心点的磁感应强度与理论公式计算结果进行比较；3）在轴线上某点转动毫特斯拉计探头，观察一下该点磁感应强度的方向；4）将两线圈间距d调整至d=10.00cm，这时，组成一个亥姆霍兹线圈；5）取电流值I=100mA，分别测量两线圈单独通电时，轴线上各点的磁感应强度值B(

5、a)和B(b)，然后测亥姆霍兹线圈在通同样电流I=100mA，在轴线上的磁感应强度值B(a+b)，证明在轴线上的点B(a+b)=B(a)+B(b)，即载流亥姆霍兹线圈轴线上任一点磁感应强度是两个载流单线圈在该点上产生磁感应强度之和；6）分别把亥姆霍兹线圈间距调整为d=R/2和d=2R，测量在电流为I=100mA轴线上各点的磁感应强度值；7）作间距d=R/2、d=R、d=2R时，亥姆霍兹线圈轴线上磁感应强度B与位置z之间关系图，即B−z图，证明磁场迭加原理。五、试验数据：（1）直流电通过亥姆霍兹线圈，证明磁场迭加原理成立

6、。亥姆霍兹线圈通过I=100mA直流电流，两线圈间距d=R=10.00cm。取两线圈轴线中心点为原点。轴线为轴，所得数据见表2，其中a表示一个单线圈，b表示另一个单线圈，(a+b)表示亥姆霍兹线圈。表1x/cm-7-6-5-4-3-2-10B(a)/mT0.2950.3100.3160.3140.3000.2800.2560.228B(b)/mT0.0860.1000.1130.1270.1490.1690.1970.222(B(a)+B(b))/mT0.3810.4100.4290.4410.4490.4490.45

7、30.450B(a+b)/mT0.3390.3680.3960.4230.4380.4450.4490.451表1（续）x/cm1234567B(a)/mT0.1990.1760.1520.1340.1140.0950.085B(b)/mT0.2470.2710.2960.3110.3160.3120.302(B(a)+B(b))/mT0.4460.4470.4480.4450.4300.4070.387B(a+b)/mT0.4430.4390.4370.4260.4050.3790.347从表1中数据看出B(a)+B

8、(b)值与B(a+b)值在误差范围内相当一致，说明磁场满足迭加原理。坐标−2.50cm至2.50cm之间为均匀磁场；在x=0.00cm处，测得磁感应强度B=0.449mT，而该点磁感应强度的理论计算值为：实验−78µ0⋅N⋅I84π×10×500×0.100B=⋅==0.450mT理论3/23/25R50.1000实验结果和理论计