亥姆霍兹线圈磁场--南昌大学-物理实验(共9页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上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 一、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B为(1)式中为真空磁导率，R为线圈的平均半径，为圆线圈的匝数，I通过线

2、圈的电流x为轴线上某一点到圆心O的距离.因此它在轴线上磁场分布图如图(1)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I，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，如图（2）所示.这种均匀磁场在工程运用和科学实验中应用十分广泛。 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，故称霍尔效应.电势差称为霍尔电压

3、.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（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（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l，宽度为b，厚度为d，载流子浓度为n，载流子速度为v，他们与通过材料的电流I有如下关系霍尔电压式中霍尔

4、系数，单位为；霍尔灵敏度，单位为mV/mA.由此可见，当I为常量时，有，通过测量霍尔电压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10.0 mm测一个值，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

5、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10.0 mm测一个值.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x53.0mmx/mm01020304050x/mm-53-43-33-23-13-3Bm/mT测量值0.4190.4620.5020.5360.555

6、0.564Bm/mT标准值0.4250.4740.5190.5570.5840.597Bm/mT误差值0.0060.0120.0170.0210.0290.033x/mm60708090100110x/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根据实验数据可得图像：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O处），在坐标纸上画出实验曲线。x

7、/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-70-80-90-100-110Bm/mT实验值0.7320.6820.6240.5640.502根据数据可得图像为：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

8、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=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R。4) 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.分析用霍尔效应测量磁场时，当流过线圈中的电流为零