亥姆霍兹线圈测磁场ppt课件

1、【预习重点】【预习重点】1. 毕奥萨伐尔定律、载流圆线圈在轴线上某点的磁毕奥萨伐尔定律、载流圆线圈在轴线上某点的磁感应强度公式。感应强度公式。2. 亥姆霍兹线圈的组成及其磁场分布的特点。亥姆霍兹线圈的组成及其磁场分布的特点。 3. 霍尔效应、霍尔传感器原理。霍尔效应、霍尔传感器原理。 【实验目的】【实验目的】1. 测亥姆霍兹线圈在轴线上的磁场分布。测亥姆霍兹线圈在轴线上的磁场分布。2. 测载流圆线圈在轴线上的磁场分布，验证磁场叠加测载流圆线圈在轴线上的磁场分布，验证磁场叠加原理。原理。3. 比较两载流圆线圈间隔不同时轴线上磁场分布情况。比较两载流圆线圈间隔不同时轴线上磁场分布情况。 【实验原理

2、】【实验原理】一、圆线圈一、圆线圈 载流圆线圈在轴线经过载流圆线圈在轴线经过圆心并与线圈平面垂直的直线圆心并与线圈平面垂直的直线上磁场情况如图。根据毕奥萨上磁场情况如图。根据毕奥萨伐尔定律，轴线上某点的磁感伐尔定律，轴线上某点的磁感应强度应强度B为为 B(x)xOINxRRB2/32220)(2而圆心处的磁感应强度为而圆心处的磁感应强度为 INRB200二、亥姆霍兹线圈二、亥姆霍兹线圈 亥姆霍兹线圈是一对彼此平亥姆霍兹线圈是一对彼此平行且连通的共轴圆形线圈，每一行且连通的共轴圆形线圈，每一线圈线圈N匝，两线圈内的电流方向匝，两线圈内的电流方向一致，大小一样，线圈之间间隔一致，大小一样，线圈之间

3、间隔d正好等于圆形线圈的平均半正好等于圆形线圈的平均半径径 。 RB(x)xO 设设x为亥姆霍兹线圈中轴线为亥姆霍兹线圈中轴线上某点离中心点上某点离中心点O处的间隔，处的间隔，那么亥姆霍兹线圈轴线上任一那么亥姆霍兹线圈轴线上任一点的磁感应强度大小点的磁感应强度大小B为为 3/ 23/ 22222201222RRBN I RRxRx 而在亥姆霍兹线圈轴线上中心而在亥姆霍兹线圈轴线上中心O处磁感应强度处磁感应强度大小大小Bo为为003/285N IBR三、双线圈三、双线圈 假设线圈间距假设线圈间距d不等于不等于 。设。设x为双线圈为双线圈中轴线上某点离中心点中轴线上某点离中心点O处的间隔，那么双处

4、的间隔，那么双线圈轴线上任一点的磁感应强度大小线圈轴线上任一点的磁感应强度大小B为为R3/23/22222201222ddBN I RRxRx 四、霍尔效应、霍尔传感器四、霍尔效应、霍尔传感器1. 霍尔效应霍尔效应 dFeFmIdUHAABdvmFeFb 把一块宽为把一块宽为b，厚为，厚为d的导电板放在磁感应强度为的导电板放在磁感应强度为B的磁场中，并在导电板中通以纵向电流的磁场中，并在导电板中通以纵向电流I ，此时在板的，此时在板的横向两侧面横向两侧面A、A,之间就呈现出一定的电势差，这一景之间就呈现出一定的电势差，这一景象称为霍尔效应，所产生的电势差象称为霍尔效应，所产生的电势差UH称霍尔

5、电压。称霍尔电压。 HHIBURdRH称为霍尔系数 2. 霍尔传感器霍尔传感器 HHHIBURK IBd并且传感器的义务电流已设定为规范义务电流并且传感器的义务电流已设定为规范义务电流定值。即定值。即KHIK常数常数 UHKB 所以由所以由UH值可得出值可得出B的示值。的示值。 【实验仪器】【实验仪器】一、实验平台一、实验平台二、高灵敏度毫特计二、高灵敏度毫特计三、数字式直流稳流电源三、数字式直流稳流电源 1、毫特斯拉计、毫特斯拉计 2、电流表、电流表 3、直流电流源、直流电流源 4、电流调理旋钮、电流调理旋钮 5、调零旋钮、调零旋钮 6、传感器插头、传感器插头 7、固定架、固定架 8、霍尔传

6、感器、霍尔传感器 9、大理石、大理石 10、线圈、线圈 A、B、C、D为接线柱为接线柱【实验内容】【实验内容】一、丈量前预备一、丈量前预备1. 衔接电路，接通电源，开机预热衔接电路，接通电源，开机预热10分钟以上。分钟以上。2. 用铝尺和钢板尺调整两线圈位置，使两线圈共用铝尺和钢板尺调整两线圈位置，使两线圈共轴且轴线与台面中心横刻线重合，两线圈间隔为轴且轴线与台面中心横刻线重合，两线圈间隔为R=10.00cm(线圈半径线圈半径)，即组成一个亥姆霍兹线圈，即组成一个亥姆霍兹线圈.3. 熟习传感器的放置方法。熟习传感器的放置方法。二、单线圈轴线上各点磁感应强度的丈量二、单线圈轴线上各点磁感应强度的

7、丈量 1. 单线圈单线圈a轴线上各点的磁感应强度轴线上各点的磁感应强度Ba 按图接线直流稳流电源中数字电流表已串按图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，只给单线圈接在电源的一个输出端，只给单线圈a通电，旋通电，旋转电流调理旋纽，令电流转电流调理旋纽，令电流I为为100mA。取台面中心。取台面中心为坐标原点为坐标原点O，经过，经过O的横刻线为的横刻线为OX轴。把传感轴。把传感器探头从一侧沿器探头从一侧沿OX轴挪动轴挪动,每挪动每挪动1.00cm测一磁测一磁感应强度感应强度Ba，测出一系列与坐标，测出一系列与坐标x对应的磁感应强对应的磁感应强度度Ba .丈量区域为丈量区域为10c

8、m+10cm。 实验中，应留意毫特计探头沿线圈轴线挪动，实验中，应留意毫特计探头沿线圈轴线挪动，每丈量一个数据，必需先在直流电流输出电路断每丈量一个数据，必需先在直流电流输出电路断开时开时I=0调零后，才丈量和记录数据。调零后，才丈量和记录数据。 2. 单线圈单线圈b轴线上各点的磁感应强度轴线上各点的磁感应强度Bb 只给单线圈只给单线圈b通电，旋转电流调理旋纽，令电流通电，旋转电流调理旋纽，令电流I为为100mA。以上述同样的丈量方法，测出一系列。以上述同样的丈量方法，测出一系列XBb数据。丈量区域为数据。丈量区域为-10cm+10cm。 3. 在轴线上某点转动毫特计探头，察看一下该在轴线上某

9、点转动毫特计探头，察看一下该点磁感应强度的方向：转动探头观测毫特计的读数点磁感应强度的方向：转动探头观测毫特计的读数值，读数最大时传感器法线方向，即是该点磁感应值，读数最大时传感器法线方向，即是该点磁感应强度方向。强度方向。三、双线圈轴线上各点磁感应强度丈量三、双线圈轴线上各点磁感应强度丈量 1. 令两线圈串连，流过的电流方向一致红黑令两线圈串连，流过的电流方向一致红黑接线柱交错相接，组成亥姆霍兹线圈。然后，旋接线柱交错相接，组成亥姆霍兹线圈。然后，旋转电流调理旋纽，在同样电流转电流调理旋纽，在同样电流I=100mA条件下，测条件下，测轴线上各点的磁感应强度轴线上各点的磁感应强度BR值丈量方法

10、同上。得值丈量方法同上。得出的一系列出的一系列XBR数据。丈量区域为数据。丈量区域为-10cm+10cm。 2. 分别把双线圈间间隔调整为分别把双线圈间间隔调整为d=R/2和和d=2R并丈量在电流为并丈量在电流为I=100mA时轴线上各点磁感应强时轴线上各点磁感应强度值。丈量方法同上。并将得出的度值。丈量方法同上。并将得出的X 、XB2R数据。丈量区域为数据。丈量区域为-10cm+10cm。2RB【数据处置】【数据处置】 1. 将测得的单、双线圈中心点的磁感应强度与将测得的单、双线圈中心点的磁感应强度与实践公式计算结果相比较，看能否一致。实践公式计算结果相比较，看能否一致。 2. 用直角坐标纸，在同一坐标系作用直角坐标纸，在同一