磁場描繪最新課件

1、實驗 磁場的描繪與測量【實驗?zāi)康摹?了解感應(yīng)法測量磁場的原理 2研究載流圓線圈軸向磁場的分布，加深對畢奧-薩伐爾定律的理解 3描繪載流圓線圈軸向平面上的磁力線和亥姆霍茲線圈的磁場均勻區(qū) 【實驗儀器】亥姆霍茲線圈，探測線圈，磁場描繪儀信號源，交流毫伏表，數(shù)字萬用表，坐標紙等 圖1圖2【實驗原理】1 載流圓線圈軸線上磁場的分布 根據(jù)畢奧一薩伐爾定律，載流圓線圈軸線上任一點P(見圖1)的磁感應(yīng)強度為： (1) 式中I為圓線圈中的電流強度，R為線圈的半徑，X為P點至圓心點的距離，0叫真空磁導率(0×10-7N·A-2)Bx曲線如圖2所示 顯然，在圓心處(X=0)的磁感應(yīng)強度為，所以

2、， (2) 2磁場的測量 測量磁場的方法有多種，本實驗采用感應(yīng)法，當線圈中輸入交變電流時，其周圍空間必定有變化磁場，可利用探測線圈置于交變磁場中所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢來量度磁場的大小，當線圈內(nèi)通以正弦交變電流時，則在空間形成一個正弦交變的磁場，磁感應(yīng)強度為： 軸線上任意一點處(距圓心O的距離為X)的磁場感應(yīng)強度(峰值)為 (3) 式中為X=0處磁感應(yīng)強度的峰值，設(shè)探測線圈為平面線圈，面積為S，匝數(shù)為N，其法線與磁感應(yīng)強度之間的夾角為，則通過該線圈的磁通量為： 根據(jù)電磁感應(yīng)定律，得 式中，為感應(yīng)電動勢的峰值 在探測線圈兩端接入交流毫伏表，測出感應(yīng)電壓(讀數(shù)為有效值)，它與峰值的關(guān)系為 (4)當=0時

3、，即探測線圈的法線方向與磁感應(yīng)強度B的方向一致時，感應(yīng)電動勢為最大值： 所以，與成正比 因此，我們可利用毫伏表讀數(shù)的最大值來測定磁場的大小，為了減小系統(tǒng)誤差，我們采用比較法進行測量 軸線上任意一點的值與圓心處的值之比為 (5)由此可見，與的變化規(guī)律完全相同，實驗若能證明 ，也就證明了，便驗證了畢奧一薩伐爾定律的正確性 磁感應(yīng)強度是一矢量，因此磁場的測量不僅要測量磁場的大小，還要測出它的方向磁場的方向如何確定呢?磁場的方向，本來可用毫伏表讀數(shù)最大值時所對應(yīng)的探測線圈法線方向來表示，但是磁通量的變化率小，難以測準，因此測定的方向誤差較大當探測線圈法線方向與磁場方向垂直時，的變化率最大，容易測準，故

4、測量的誤差較小所以，我們利用毫伏表讀數(shù)最小時，與探測線圈法線方向相垂直的方向來確定磁場的方向 【實驗內(nèi)容及要求】1測量載流線圈軸線上磁場分布 本實驗所用儀器是磁場描繪儀如圖3，它由兩圓線圈(亥姆霍茲線圈)、工作平臺、探測線圈、磁場描繪儀信號源等構(gòu)成，兩線圈豎直嵌放在工作平臺上，一半露出平臺，彼此平行，軸線相互重合，平臺上的X軸線對準線圈的中心軸線探測線圈，是一只帶刻度圓盤底座的小線圈，盤的底面圓心處有一小銅釘，可用來確定磁場中待測點的位置(見圖4)。(a)在儀器平臺右半部貼張坐標紙，坐標紙上的X、Y軸應(yīng)與臺面上相應(yīng)的軸線對齊，坐標原點取在圓線圈的幾何中心上.(b)把右邊一線圈與磁場描繪儀信號源

5、輸出端相接，再把電壓調(diào)節(jié)旋鈕向左旋到底，信號源接上電源，接通開關(guān)，利用數(shù)字萬用表交流電流檔測量其輸出電流值圖3磁場描繪儀 圖4試探線圈 (c)探測線圈與毫伏表相接，把有機玻璃尺放到平臺上，使尺的小孔正對坐標原點，再把探測線圈放在尺上，使其小釘插入尺的小孔中(即探測線圈位于坐標原點處)，按住有機玻璃尺，細心旋轉(zhuǎn)探測線圈，使毫伏表讀數(shù)為最大值，調(diào)節(jié)信號源電壓輸出，使毫伏表最大讀數(shù)U0=5mV，并記錄數(shù)字萬用表電流值讀數(shù)I (d)仿前辦法，把探測線圈置于X=1cm、2cm10cm各處，分別測出最大值U1、U2 (e)作UX的分布曲線 (f)根據(jù)上述測量數(shù)據(jù)，按公式求出X軸上各點的的實測值

6、(g)將圓線圈的半徑R=10cm和X的值代入公式(5)，算出X軸上相應(yīng)各點的B0理論值 (h)將測量數(shù)據(jù)填入下表，并與理論值加以比較計算B/B0的實測值與理論值的相對誤差，驗證畢奧薩伐爾定律 2驗證磁場的疊加原理 (a)把磁場描繪儀信號源改接到左邊一只線圈上，仍取右邊線圈的中心為原點（即左邊線圈的中心坐標為-10cm，仿照前面的操作方法，測讀X=-10cm、-9cm、-8cm0cm各點處的感應(yīng)電壓(最大值)U-10、U-9、 (注意：所用電流應(yīng)保持和前面的相同) (b)把左右兩線圈串接(兩線圈的首尾相接)到磁場描繪儀信號源上，仍使電流為原值I，仍取右邊線圈的中心為原點，測讀X=-10cm、-9

7、cm、-8cm0cm各點處的感應(yīng)電壓(最大值) 、 (c)驗證疊加原理：磁場的疊加是矢量疊加，為簡單起見，我們可在X軸上點進行驗證 3描繪載流圓線圈軸向平面的磁力線 (a)仿照1之(1)、在平臺上鋪一張坐標紙將四角粘住，以原點O為對稱中心，沿Y軸等間隔的描記五個點：A、B、O、C、D以此五點為始點，描繪五條磁力線 (b)把有機玻璃尺到放平臺上，并使尺上的小孔正對坐標紙上O點，然后把探測線圈裝在尺上(底面銅釘插入小孔)旋動探測線圈，使毫伏表讀數(shù)為最小，用鉛筆記下O的刻線位置O1點，移開小尺和探測線圈，畫出O、O1連線，該連線由O指向O1的方向，即為O點磁場方向，在把小尺的小孔正對O1點，裝上探測

8、線圈，按同樣辦法找出O1點的磁場方向，如果逐一測出第三、第四諸點磁場的方向，并逐次畫出連線，這便是O點為始點的磁力線 (c)仿前辦法，作以A、B、C、D各點為始點的磁力線 4描繪亥姆霍茲線圈中的磁場均勻區(qū) (1)電路連接與步驟2之(b)相同，把探測線圈置于兩線圈之間的坐標紙上，測出中央一點的感應(yīng)電壓值，即(見圖16-4) (2)用探測線圈在O點周圍尋出感應(yīng)電壓等于值的各點，畫出均勻磁場區(qū) 【實驗數(shù)據(jù)記錄參考表格】表一 驗證畢奧薩伐爾定律X(cm)-10 -9  -8  -7 -6-5 -4 -3-2-1012345678910U(mV)                        E(相對誤差)      &