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1、精品学习资源高校物理试验报告试验 3-9集成霍尔传感器测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场一、 试验名称：集成霍尔传感器测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场二、 试验目的：1、把握霍尔效应原理测量磁场；2、测量单匝载流原线圈和亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布；三、 试验器材：1、亥姆霍兹线圈磁场测定仪，包括圆线圈和亥姆霍兹线圈平台包括两个圆线圈、 固定夹、不锈钢直尺等、高灵敏度毫特计和数字式直流稳压电源；四、 试验原理：1、圆线圈的磁场：依据毕奥 -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欢迎下载精品学习资源的磁感应强度为：B2 R 22RoNIx2 3 / 2欢迎下载精品学习资源7式中
2、 I 为通过线圈的电流强度，R 为线圈平均半径，x为圆心到该点的距离，N 为线欢迎下载精品学习资源圈的匝数，o410Tm A ，为真空磁导率；因此，圆心处的磁感应强度为欢迎下载精品学习资源BO NI 2 R轴线外的磁场分布运算公式较复杂；2、亥姆霍兹线圈的磁场亥姆霍兹线圈如图3-9-1 所示，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样，大小相同，线圈之间的距离d 正好等于圆形线圈的半径R；欢迎下载精品学习资源设 z 为亥姆霍兹线圈中轴线上某点离中心点O 处的距离，依据毕奥 -萨伐尔定律及磁场叠加原理可以从理论上运算出亥姆霍兹线圈周线上任意一点的磁感应强度为B12oNIR R22
3、R2z 23 2 R2R2z 23 2而在亥姆霍兹线圈上中心O 处的磁感应强度 B 为B853 2oNRI当线圈通有某一电流时，两线圈磁场合成如图：从图 3-9-2 可以看出，两线圈之间轴线上磁感应强度在相当大的范畴内是匀称的；五、 试验步骤：1、载流圈和骇姆霍兹线圈轴线上各点磁感应强度的测量欢迎下载精品学习资源亥姆霍兹线圈磁场测定仪:图 3-9-3亥姆霍兹线圈磁场测定仪器示意图1.7.固定架8. 霍尔传感器9. 大理石10.线圈A 、B、C、D 为接线柱1按课本图 3-9-3 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，欢迎下载精品学习资源测量电流 I100m A 时，单线圈 a
4、 轴线上各点磁感应强度Ba ，每个 1.00cm 测一个数据；试欢迎下载精品学习资源验中随时观看特斯拉计探头是否线圈轴线移动；每测量一个数据， 必需先在直流电源输出电路断开 I0 调零后，才测量和记录数据；将测得的数据填入表3-9-1 中；2用理论公式运算员线圈中轴线上个点的磁感应强度，将运算所得数据填入表3-9-1中并与试验测量结果进行比较；3在轴线上某点转动毫特斯拉计探头，观看一下该店磁感应强度测量值的变化规律，欢迎下载精品学习资源并判定该点磁感应强度的方向；4将线圈 a 和线圈 b 之间的距离 d 调整至 d10.00cm ，这时，组成一个亥姆霍兹欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源
5、线圈；取电流值 I100m A ，分别测量两线圈单独通电时， 轴线上各点的磁感应强度值Ba 和欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源Bb ，然后测亥姆霍兹线圈在通同样电流I100mA ，在该轴线上的磁感应强度值Ba b ，将欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源测量结果填入表 4-9-2 中；证明在轴线上的点Ba b = Ba + Bb ，即亥姆霍兹线圈轴线上任一点欢迎下载精品学习资源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；欢迎下载精品学习资源5分别把亥姆霍兹线圈间距调整为dR 2 和 d2R，与步骤 4类似，测量在欢迎下载精品学习资源电流为 I100m A 时轴线上个点的磁
6、感应强度值，将测量结果分别填入表3-9-3 和表 3-9-46做间距 dR 2 ， dR , d2R时，两个线圈轴线上磁感应强度B 与位置 z 之间关系图，即 Bz图，验证磁场叠加原理；2、载流圆线圈通过轴线平面上的磁感应线分布的描画把一张坐标纸黏贴在包含线圈轴线的水平面上,可自行挑选恰当的点 ,把探测器底部传感器对准此点 ,然后亥姆霍兹线圈通过I100m A 电流 .转动探测器 ,观测毫特斯拉计读数值，；1 接好电路后 ,打开电源预热 10min 后才能进行试验；2 每测量一点磁感应强度值时应断开线圈电流,在电路为零时调探测器为零；4 测量时 ,探测器的探测孔朝下并与待测点对应,并留意探测器
7、本身的尺寸；5在测量亥姆霍兹线圈B 时,必需串联两线圈里的电流；六、 记录及数据处理：1、单线圈轴线上磁感应强度表 3-9-1单线圈轴线上磁感应强度位置 /cm-9-8-7-6-5-4-3-2-10+1+2+3+4+5+6+7+8+9测量值理论值百分误差中；欢迎下载精品学习资源2、亥姆霍兹线圈轴线上磁感应强度位置/cm-9-8-7-6-5-4-3-2-10+1+2+3+4+5+6+7+8+9单线圈磁场Ba单线圈磁场B bBa +Bb亥姆霍兹线圈的磁场 B两线圈轴向间距d=10cm 时的磁感应强度表 3-9-3两线圈轴向间距 d=5cm 时的磁感应强度位置/cm单线圈磁场-9-8-7-6-5-4
8、-3-2-10+1+2+3+4+5+6+7+8+9Ba单线圈磁场B bBa +Bb亥姆霍兹线圈的磁场 B表 3-9-4两线圈轴向间距 d=20cm 时的磁感应强度位置 /cm单线圈磁场单线圈磁场-9-8-7-6-5-4-3-2-10+1+2+3+4+5+6+7+8+9BaBbBa +Bb亥姆霍兹线圈的磁场 B表 3-9-2 亥姆霍兹线圈轴线上磁感应强度欢迎下载精品学习资源3、所测磁感应强度B 与 z 之间的关系图即 B-z 图；依据以上所测数据，作出B-Z 图如下：七、误差分析本次试验在测量单线圈轴线磁感应强度上的数据上得到了比较大的误差，经过分析， 得出以下可能影响测量数据的因素；1、没有做
9、到每测量一点的磁感应强度之前做好调零工作，使得测量一些点数据的时候没有排除外界磁场影响，造成测量数据不精确；2、测量假设干点数据的时候没有依据正确的测量方法，没有做到探头的摆放方式一样， 造成每一点的测量都会由于测量方法的不同而产生差异；八、试验结论：欢迎下载精品学习资源由图及数据观看有，轴线上的点Ba b = Ba + Bb ，即亥姆霍兹线圈轴线上任一点磁感应欢迎下载精品学习资源强度是两个载流单线圈在该点上产生磁感应强度之和；同时，当 Ba 和 Bb 共同作用的同时，曲线在两线圈中中间几乎水平，到两端急剧下降；可知通电螺线管中间为匀强磁场；欢迎下载精品学习资源九、摸索题：1、 为什么在试验中
10、每测一点的磁感应强度之前都必需调零？答：在试验中，测量坐标板上的每一点，由于所处的环境不同，所受到四周环境的电磁波大小就有一个差异， 由于我们在试验中主要是讨论在该点由这个线圈所激发的磁场的磁感应强度是多少，所以肯定有这个必要在测量每一点之前调零来排除四周环境的电磁波的影 响；2、亥姆霍兹线圈的磁场分布有什么特点？答：亥姆霍兹线圈是两个彼此平行且连通的共轴圆形线圈， 他的磁场分布是两个通电圆圈磁场的叠加； 半径和两个圆圈的距离不同， 叠加的结果也不同； 两个线圈之外是逐步减弱的，但是两个线圈之间可能是中间最弱，也可以是中间最强，仍可以是匀强磁场；3、假设将两线圈通以相反方向的电流，就在两线圈内部和外部的轴线上的磁场将会如何分布？答：其内部磁场将会相互抵消，而外部磁场就维护跟原先一样；欢迎下载