《物理实验》实验十用电磁感应法测磁场.ppt

用电磁感应法测交变磁场 目的与要求1.掌握电磁感应法测交变磁场的原理和方法。掌握电磁感应法测交变磁场的原理和方法。2.测量载流线圈和亥姆霍兹线圈轴向的磁场分布。测量载流线圈和亥姆霍兹线圈轴向的磁场分布。3.了解亥姆赫兹线圈的径向磁场分布情况。了解亥姆赫兹线圈的径向磁场分布情况。4.研究探测线圈平面的法线与载流圆形线圈（或亥姆霍研究探测线圈平面的法线与载流圆形线圈（或亥姆霍兹线圈）的轴线成不同夹角时所产生的感受应电动势兹线圈）的轴线成不同夹角时所产生的感受应电动势的值的变化规律。的值的变化规律。实验原理 载流圆形线圈与亥姆霍兹线圈的磁场载流圆形线圈与亥姆霍兹线圈的磁场（1）载流圆形线圈载流圆形线圈 半径为半径为R，通以电流，通以电流I的圆形线圈轴线上任一点的圆形线圈轴线上任一点P 的磁感应强度的磁感应强度B，其方向沿线圈轴线方向，而大小为其方向沿线圈轴线方向，而大小为 式中：式中：N0为圆线圈的匝数，为圆线圈的匝数，X为轴线上为轴线上P点到圆心点到圆心O的距离的距离,0 0为空气的为空气的磁导率：磁导率：反映磁性材料导磁能力的参数反映磁性材料导磁能力的参数0 04 410107 7 Tm/ATm/A.取：N 0=400匝 I=0.060A R=0.105m线圈中部磁感应强度为B=0.1436mT BOX磁场分布示意图（2）亥姆霍兹线圈）亥姆霍兹线圈 两个相同圆线圈彼此平行且共轴，理论计算证明：线圈间距等于线圈半径R时，两线圈合磁场在两线圈圆心连线上较大范围内是均匀的，这对线圈称为亥姆兹线圈。OXRRBB感应法测磁场的原理 设被测的均匀交变磁场（分别由圆电流和亥姆霍兹线圈产生）设被测的均匀交变磁场（分别由圆电流和亥姆霍兹线圈产生）B=Bmsint 通过磁场中一探测线圈的磁通量为通过磁场中一探测线圈的磁通量为 其感应电动势为其感应电动势为 当当=0时，时，m 最大，即最大，即 数字式毫伏表测量的示值（有效值）线圈在磁场中的等效面积，经过理论计算 其中其中N1000，D0.012m则 实验仪器l DH4501型亥姆霍兹线圈架。它由圆电流线圈、感应线圈等组成。探测线圈三维可调，它用机械连杆器连接，可作横向、径向连续调节，还可作3600旋转。l DH4501型亥姆霍兹线圈磁场测试仪由信号产生、信号放大、电源、信号频率、电流显示电路等组成。激励信号的频率、输出强度连续可调，可以研究不同激励频率、不同强度下，感应线圈上产生不同感应电动势的情况。实验内容 1.测量圆电流线圈轴线上磁场的分布。接好电路。将频率调至120Hz，然后使励磁电流有效值为0.060A，以圆电流线圈中心为坐标原点，每隔10.0mm测一个Umax值，测量过程中注意保持励磁电流值不变，并保证探测线圈法线方向与圆电流轴线夹角为0度。轴向距离X（mm）-120-110-100203040Umax（mV）测量值B（mT）计算值B（mT）2.测量亥姆霍兹线圈沿轴向的磁场分布。把交变磁场实验仪的两组线圈串联起来（右图）。将频率调至120Hz，然后使励磁电流有效值仍为0.060A。以两个圆形线圈轴线上的中心点为坐标原点，每隔每隔10.0mm测一个Umax值。轴向距离X（mm）-20-1001020Umax（mV）测量值B（mT）3.测量亥姆霍兹线圈沿径向的磁场分布。按实验内容2的要求，固定探测线圈法线方向与圆电流轴线的夹角为00，转动探测线圈径向移动手轮，每移动10.0mm测量一个数据，按正、负方向测到边缘为止，记录数据并作出磁场分布曲线图。径向距离Y（mm）-20-1001020Umax（mV）测量值B（mT）4.验证公式 。按实验内容2要求，把探测线圈沿轴线固定在X=0点，让探测线圈法线方向与圆电流轴线的夹角从00开始，逐步旋转到正、负900，每改变100测一组数据。探测线圈转角（o）-20 o-10 o0 o10 o20 oU（mV）计算值UUmaxcos 5.研究励磁电流频率的改变对探测线圈感应电动势的影响。按实验内容2的要求，把探测线圈固定在亥姆霍兹线圈中心点，其法线方向与圆电流轴线的夹角为00（注：亦可选取其他位置或其它方向），并保持不变。调节磁场测试仪输出电流频率，在20150Hz范围内，每次频率改变10Hz，逐次测量感应电动势的数值并记录。励磁电流频率f（Hz）203040130 140 150Umax（mV）测量值B（mT）