亥姆霍兹线圈磁场实验报告

1、南昌大学物理实验报告课程名称：普通物理实验（1）实验名称：亥姆霍兹线圈磁场学院：理学院专业班级:应用物理学152班学生姓名：学号：实验地点：基础实验大楼B212座位号:26实验时间：第七周星期四上午十点开始-可编辑修改-、实验目的：1 .学习和掌握霍尔效应原理测量磁场的方法。2 .测量载流圆线圈和亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布。二、实验原理:1 .载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场（1）载流圆线圈磁场根据比奥-萨伐尔定律，载流圆线圈在轴线（通过圆心并与线圈平面垂直的直线）上某点磁感应强度oNoIR2I通过线圈的电流x为轴线上某7式中04冗10H/m为真空磁导率,2（R2x2）32R为线圈的平均半径，

2、No为圆线圈的匝数,一点到圆心O的距离.因此它在轴线上磁场分布图如图所示。（2）亥姆霍兹线圈所谓亥姆霍兹线圈是两个相同的圆线圈，彼此平行且共轴，通以同方向电流理论计算证明：当线圈间距a等于线圈半径R时，两线圈合磁场在轴线上（两线圈圆心连线）附近比较大范围内是均匀的,磁场在工程运用和科学实验中应用十分广泛。如图（2）所示.这种均匀OBOYIiRBOXB=Bi+E2OI2RI图（1）载流圆线圈磁场分布图（2）亥姆霍兹线圈磁场分布2 .霍尔效应法测磁场（1）霍尔效应法测量原理将通有电流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势差，这一现象是霍尔于1879年首先发现的，故称霍

3、尔效应.电势差UH称为霍尔电压.如图25-5所示n型半导体，若导体中电流I沿x轴方向流动（有速度为v运动的电子），此时在z轴方向上加上强度为B的磁场后，运动着的电子受洛伦兹力Fb的作用而偏移、聚集在S平面；同时随着电子向S平面偏移和聚集，在P平面出现等量的正电荷，结果在S、P平面之间形成一个电场Eh（此电场称之为霍尔电场）这个电场反过来阻止电子继续向S面偏移.当电子受到的洛伦兹力和霍尔电场的反作用力达到平衡时，就不能向S面偏移.此时在S、P平面间形成一个稳定的电压Uh（霍尔电压）。（2）霍尔系数、霍尔灵敏度、霍尔电压设材料的长度为1,宽度为b,厚度为d,载流子浓度为n,载流子速度为v,他们与通

4、过材料的电流I有如下关系Inevbd霍尔电压UHIB/nedRHIB/dKHIB式中霍尔系数Rh1/ne,单位为m3/C；霍尔灵敏度KhRh/d,单位为mV/mA.由此可见，当I为常量时,有UhKhIBk0B,通过测量霍尔电压Uh就可计算出未知磁场强度B.本实验使用霍尔效应法测磁场，并且本实验使用的仪器用集成霍尔元件，已经与模块联调，直接显示磁场强度。三、实验仪器：亥姆霍兹线圈磁场实验仪四、实验内容和步骤：1 .测量圆电流线圈轴线上磁场的分布(1)仪器使用前，请先开机预热5min接好电路，调零.(2)调节磁场实验仪的输出功率，使励磁电流有效值为I=200mA,以圆电流线圈中心为坐标原点，每隔1

5、0.0mm测一个Bm值，测量过程中注意保持励磁电流值不变，记录数据并作出磁场分布曲线图2 .测量亥姆霍兹线圈轴线上磁场的分布(1)关掉电源，把磁场实验仪的两组线圈串联起来(注意极性不要接反)，接到磁场测试仪的输出端钮，调零.(2)调节磁场测试仪的输出功率，使励磁电流有效值仍为I=200mA,以两个圆线圈轴线上的中心点为坐标原点，每隔10.0mm测一个Bm值.记录数据并作出磁场分布曲线图.五、实验数据与处理：1 .圆电流线圈轴线上磁场分布的测量数据(注意坐标原点设在圆心处，要求列表记录，表格中包括测点位置，并在表格中表示出各测点对应的理论值)，在坐标纸上画出实验曲线。Bmax时，记录x=53.0

6、mmx/mm01020304050&/mm-53-43-33-23-13-3Bm/mT测量值0.4190.4620.5020.5360.5550.564Bm/mT标准值0.4250.4740.5190.5570.5840.597Bm/mT误差值0.0060.0120.0170.0210.0290.033x/mm60708090100110&/mm71727374757Bm/mT测量值0.5560.5330.5000.4600.4150.368Bm/mT标准值0.5940.5750.5440.5020.4550.406Bm/mT误差值0.0380.0420.0440.0380.0400.038根

7、据实验数据可得图像:测量值Bm/mT. 标准值Bm/mT误差值 Bm/mT线性（误差值Bm/mT）题标轴标坐O-4O-2O处），在坐2.亥姆霍兹线圈磁场轴线上的磁场分布的测量数据记录（注意坐标原点设在两个线圈圆心连线的中点标纸上画出实验曲线。x/mm11010090807060Bm/mT实验值0.4900.5500.6120.6680.7230.770x/mm50403020100Bm/mT实验值0.8070.8310.8450.8530.8540.855x/mm-10-20-30-40-50-60Bm/mT实验值0.8530.8510.8450.8330.8100.778x/mm-70-80

8、-90-100-110Bm/mT实验值0.7320.6820.6240.5640.502根据数据可得图像为:题标轴标坐O 5 di07320.70.60.564-100-5000.81.7780.0.80.7230.66.550.50.490.40.30.21050100150双线圈0.770.8070.612* Bm/mT六、误差分析：1.系统误差：1 )线圈的半径不准;2）刻度尺的刻度不准；3）电流在实验过程中略微变小。2 .偶然误差:1）周围环境的变化引起磁场的变化；2）读数时的误差；3）仪器显示示数变化较快，单线圈环心的刻度读取错误；七、思考题：1.单线圈轴线上磁场的分布规律如何？亥姆霍兹线圈是怎样组成的？其基本条件有哪些？它的磁场分布特点又怎样？1）单线圈轴线上磁场的分布规律：单线圈轴线上磁场方向垂直于线圈平面，方向用右手螺旋定则判断，大小B=科0IR2/2（R2+x2）3/2越靠近圆心B越大。2）亥姆霍兹线圈的组成：亥姆霍兹线圈由两个半径和匝数完全相同的线圈组成，两线圈彼此平行且共轴，串接而成,间距等于半径R,通以同方向电流I。3）亥姆霍兹线圈的基本条件：两个圆形线圈之间的平均距离d恰好等于圆形线圈的平均半径Ro4）亥姆霍兹线圈的磁场分布特点：能够在较大空间内能产生高度均匀的磁场。2 .分析