实验5赫姆霍兹线圈磁场分布研究THQHC-1.doc

实验5 赫姆霍兹线圈磁场分布研究一、 实验目的1 研究单个载流圆线圈轴线上磁场的分布，加深对比奥萨法尔定律的理解2 掌握霍尔效应法测量磁场的原理和方法3 考查赫姆霍兹线圈磁场的均匀区，两个载流圆线圈轴线上磁场的叠加二、实验室提供的仪器和用具THQHC-1赫姆霍兹线圈磁场试验仪三、 仪器简介先关闭实验箱的所有电源开关，磁场励磁电流、霍尔励磁电流调到最小，然后开启电源总开关。实验完毕，及时关闭电源总开关。四、实验原理1载流圆线圈轴线上的磁场分布设圆线圈的半径为R，匝数为N。在通以电流I时，则线圈轴线上一点P的磁感应强度B等于 式中为真空磁导率，x为P点坐标，原点在线圈中心，线圈轴线上磁场B点与x的关系，如图1所示 2 、赫姆霍兹线圈轴线上的磁场分布赫姆霍兹线圈时由一对半径R、匝数为N均相同的圆线圈组成，二线圈彼此平行而且共轴，线圈间距离正好等于半径R。如图2所示，坐标原点取在二线圈中心连线的中点O。给二线圈通以同方向、同大小的电流I，它们在轴上任一点P产生的磁场方向将一致，A线圈对P点的磁感应强度BA等于 （2）B线圈对P点的磁感应强度BB （3） 图1 Bx曲线图P点的A、B磁感应强度合场强 （4）由（4）看出，B是x的函数，公共轴线中点x=0处B值 （5）容易算出x=0处和x=R/10处两点值相对差异为0.012%，在理论上可以证明，二线圈距离等于半径时，在原点O附近的磁场非常均匀。 图23、霍尔效应法测磁场 将通有电流I的导体置于磁场中，则在垂直于电流I和磁场B方向上将产生一个附加电流差UH ，这一现象称为霍尔效应，UH则称为霍尔电压，如图所以N型半导体，若MN两端加上电压V，则有电流I沿X轴方向流动，此时在Z轴方向加以强度为B的磁场后，运动着的电子受洛伦兹力的作用而偏移，聚集在S平面；同时随着电子向S平面，当电子受到的洛伦兹力和霍尔电压场的反作用力。两力达到平衡时就不能向下偏移，此时在上、下面间形成一个稳定的电压UH 。五、实验步骤1、单个载流圆线圈轴线上磁场分布的研究：（1）打开电源开关，将固定励磁线圈开关打到断，活动励磁线圈打到通，移动活动线圈，使其中心位置对准刻度15cm处的位置。 （2）调节线圈励磁电流电位器，把励磁电流调节到0.5A，霍尔励磁电流调节到2mA。（3）移动霍尔传感器，使霍尔传感器的中心线对准10cm刻度。记下此时霍尔测量电压的大小，然后把霍尔传感器往右移动，每隔1cm测量一次把所得的数据填如下表：以线圈中心坐标为坐标原点，作Bx曲线图传感器位置（cm）101112121314151617181920霍尔测量电压（mv）2、两个载流圆线圈轴线上磁场的叠加：(1).打开电源开关，将固定励磁线圈和活动力磁线圈开关打到通，移动活动线圈，使其中心位置对准刻度10cm的位置。(2).调节线圈励磁电流电位器，把励磁电流调节到0.5A，霍尔励磁电流调节到2mA。（3）移动霍尔传感器，使霍尔传感器的中心线对准5cm刻度。记下此时霍尔测量电压的大小，然后把霍尔传感器往左右移动，每隔1cm测量一次把所得的数据填如下表。 以二线圈中心连线的中点为坐标原点，作Bx曲线图传感器位置（cm）0123456789101112131415霍尔测量电压（mv）(4) 移动活动线圈，使其中心位置对准面板上刻度20cm的位置。(5).调节线圈励磁电流电位器，把励磁电流调节到0.5A，霍尔励磁电流调节到2mA。（6）移动霍尔传感器，使霍尔传感器的中心线对准15cm刻度。记下此时霍尔测量电压的大小，然后把霍尔传感器往左右移动，每隔2cm测量一次把所得的数据填如下表。以二线圈中心连线的中点为坐标原点，作Bx曲线图传感器位置（cm）1357911131517192123霍尔测量电压（mv）3.赫姆霍兹线圈磁场=1%均匀区的研究：（1）打开电源开关，将固定励磁线圈开关和活动励磁线圈打到通，移动活动线圈，使其中心位置对准刻度15.5cm处的位置。 （2）调节线圈励磁电流电位器，把励磁电流调节到0.5A，霍尔励磁电流调节到2mA。（3）移动霍尔传感器，使霍尔传感器的中心线对准5cm刻度。记下此时霍尔测量电压的大小，然后1cm测量一次。把所测得的数据填入下表。以二线圈中心连线的中点为坐标原点，作Bx曲线图传感器位置（cm）56789101112131415霍尔测量