亥姆霍兹线圈磁场测定.doc

实验数据处理嘉应学院物理学院普通物理实验实验报告实验项目: 实验地点: 班级: 姓名: 座号: 实验时间: 年月日成绩评定教师签名一、实验目的: 二、实验仪器和用具: (1)圆线圈和亥姆霍兹线圈实验平台,台面上有等距离 cm 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 ) 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:INxR RB???? 2/322 20)(2 ?(1)式中 0?为真空磁导率,R 为线圈的平均半径,x 为圆心到该点的距离,N 为线圈匝数,I 为通过线圈的电流强度。因此,圆心处的磁感应强度 0B 为: INR B??2 00?(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: ?????????????????????????????????????????????????22 2/32220222 1z RRz RRRINB?(3) 而在亥姆霍兹线圈上中心 O 处的磁感应强度? 0B 为:R INB ???? 02/3 05 8 ?四、实验步骤: (1 )必做内容: 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 mA I100 ?时,单线圈 a 轴线上各点磁感应强度)(aB ,每隔 cm 00 .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)0(?I 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 cm d00 .10 ?,这时,组成一个亥姆霍兹线圈; 5) 取电流值 mA I100 ?,分别测量两线圈单独通电时,轴线上各点的磁感应强度值)(aB 和)(bB ,然后测亥姆霍兹线圈在通同样电流 mA I100 ?,在轴线上的磁感应强度值)(baB?,证明在轴线上的点)()()(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 2/Rd?和Rd2?,测量在电流为 mA I100