大学物理实验报告之磁场描绘.pdf

大学物理实验大学物理实验磁场描绘磁场描绘试验人：试验人：王志强学号：学号：0908114045组号：组号：第 15 组一、试验目的：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：二、实验仪器：（1）圆线圈和亥姆霍兹线圈实验平台，台面上有等距离间隔的网格线；cm0.1（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 4mm3mm2mm）与探头盒。（与台面接触面积为 20mm20mm）（4）不锈钢直尺（）、铝合金靠尺cm30三、实验原理：三、实验原理：(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：（1）INxRRB+=2/32220)(2式中为真空磁导率，为线圈的平均半径，为圆心到该点的距离，为线0RxN圈匝数，为通过线圈的电流强度。因此，圆心处的磁感应强度为：I0B（2）INRB=200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,线圈之间的距离正好等于圆形线圈的半径。这种线圈的特dR点是能在其公共轴线中点附近产生较广的均匀磁场区，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。设为亥姆霍兹线圈中轴线上某点离中心点处的距离，则亥姆霍兹线圈轴线上zO任意一点的磁感应强度为：（3）+=222/322202221zRRzRRRINB而在亥姆霍兹线圈上中心处的磁感应强度为：O0B（4）RINB=02/3058四、四、实验内容：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电源的一个输出端，测量电流时，单线圈轴线上各点磁感应强度，每隔mAI100=a)(aBcm00.1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调零后，才测量和记录)0(=I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）将两线圈间距调整至，这时，组成一个亥姆霍兹线圈；dcmd00.10=5）取电流值，分别测量两线圈单独通电时，轴线上各点的磁mAI100=感应强度值和，然后测亥姆霍兹线圈在通同样电流，在)(aB)(bBmAI100=轴线上的磁感应强度值，证明在轴线上的点，)(baB+)()()(bBaBbaB+=+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和，测量在电流为2/Rd=Rd2=轴线上各点的磁感应强度值；mAI100=7）作间距、时，亥姆霍兹线圈轴线上磁感应强2/Rd=Rd=Rd2=度与位置之间关系图，即图，证明磁场迭加原理。BzzB五、试验数据：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。亥姆霍兹线圈通过 I=100mA 直流电流，两线圈间距 d=10.00cm。取两线R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 1表 1（续）从表 1 中数据看出值与值在误差范围内相当一致，说明)()(bBaB+)(baB+磁场满足迭加原理。坐标至之间为均匀磁场；在处，cm50.2cm50.2cmx00.0=测得磁感应强度，而该点磁感应强度的理论计算值为：mTB449.0=实验mTRINB450.01000.0100.0500104585872/302/3=理论实验结果和理论计算相当一致，百分误差小于。%1（2）改变两线圈间距，使两线圈间距分别为，测量d2/Rd=Rd=Rd2=轴线上不同位置的磁感应强度，所得数据描绘后如图 2 所示：cmx/-7-6-5-4-3-2-10mTaB/)(0.2950.2950.2950.2950.3100.3100.3100.3100.3160.3160.3160.3160.3140.3140.3140.3140.3000.3000.3000.3000.2800.2800.2800.2800.2560.2560.2560.2560.2280.2280.2280.228mTbB/)(0.0860.0860.0860.0860.1000.1000.1000.1000.1130.1130.1130.1130.1270.1270.1270.1270.1490.1490.1490.1490.1690.1690.1690.1690.1970.1970.1970.1970.2220.2220.2220.222()mTbBaB/)()(+0.3810.3810.3810.3810.4100.4100.4100.4100.4290.4290.4290.4290.4410.4410.4410.4410.4490.4490.4490.4490.4490.4490.4490.4490.4530.4530.4530.4530.4500.4500.4500.450mTbaB/)(+0.3390.3390.3390.3390.3680.3680.3680.3680.3960.3960.3960.3960.4230.4230.4230.4230.4380.4380.4380.4380.4450.4450.4450.4450.4490.4490.4490.4490.4510.4510.4510.451cmx/1234567mTaB/)(0.1990.1990.1990.1990.1760.1760.1760.1760.1520.1520.1520.1520.1340.1340.1340.1340.1140.1140.1140.1140.0950.0950.0950.0950.0850.0850.0850.085mTbB/)(0.2470.2470.2470.2470.2710.2710.2710.2710.2960.2960.2960.2960.3110.3110.3110.3110.3160.3160.3160.3160.3120.3120.3120.3120.3020.3020.3020.302()mTbBaB/)()(+0.4460.4460.4460.4460.4470.4470.4470.4470.4480.4480.4480.4480.4450.4450.4450.4450.4300.4300.4300.4300.4070.4070.4070.4070.3870.3870.3870.387mTbaB/)(+0.4430.4430.4430.4430.4390.4390.4390.4390.4370.4370.4370.4370.4260.4260.4260.4260.4050.4050.4050.4050.3790.3790.3790.3790.3470.3470.3470.347六、试验总结：六、试验总结：通过本次试验，感觉实验过程中有很多细节需要注意，比如：测量前需要对测量仪器进行调零；还有在试验中要确保两线圈的电流方向必须相同等。在测定电磁试验过程中，因为受外部干扰（如地磁场等）影响较大，使得试验误差较大。实验结束后，我对磁场又有了更深的理解，基本上掌握霍尔效应原理测磁场的方法。并从中收获的多知识！2010-05-18