2022年螺线管内磁场的测量 .pdf

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1、1 实验九 螺线管内磁场的测量.199.99 10-9 库仑.1999.9 10-9 库仑。 使用方法如下1 接通电源开关数码管亮预热 15 分钟 2 拨动 “ 量程选择 “ 选择合适的量程3“ 调零开关” 拨向 “ 调零 ” 旋动调零旋钮使显示为零或最接近零的数4由“ 调零开关 ” 拨向 “ 测量” 仪器处于待测状态5如果测量数据多次无变化则可能死机关闭电源重新启动即可。6 假设显示“ERROR ” 则仪器过载应更换大档量并重新调零或减小电路中的电压及电流使实验正常进行。7 当冲击电量较小显示约在 60 nC 以内时误差相对变大这时应更换小档量并重新调零同时增大电路中的电压及电流使实验正常进

2、行。练习二用感应法测量螺线管内磁场【实验目的】1 了解用交变感应法测量磁场的原理2 学会测量交变磁场的一种方法3 学会使用低频信号发生器和晶体管毫伏表。【实验仪器】螺线管磁场测试仪、 低频信号发生器、 晶体管毫伏表、 电阻箱。【实验原理】稳恒的电流产生稳定的磁场而交变电流产生的磁场则是随时间变化的。当载流导线中通以交变电流时其周围的空间将产生交变磁场。如果在被测磁场的位置安放一小探测线圈则因穿过它的磁通量发生变化探测线圈将产生感应电动势。如果交变电流的频率较低则探测回路的感抗较小这时探测回路的阻抗可近似为探测线圈的电阻。测量出探测线圈的感应电动势的大小就可以确定该处磁场的大小和方向。因此感应法

3、测磁场的核心是设计一个长度L 和外径 d精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 4 页2 比值合理的圆柱形探测线圈使得探测线圈内的平均磁感应强度等于中心点的磁感应强度以确保感应电动势的大小仅由此线圈中心磁感应强度的变化来决定。如果有一圆线圈通以均匀交变电流tIImsin 5.9.16 按照毕奥 萨伐尔定律在其周围空间任意一点P 激发的磁感应强度Bt 均正比于电流It 即有 tBtCItCItBmmsinsin 5.9.17 式中 C 为比例常数 是交变电流的角频率Im、 Bm 称为交变电流和磁感应强度的幅值。在交变磁场中放入一较

4、小的探测线圈T 其法线方向与磁感应强度 B 之间的夹角为如图 5.9.5 所示。 T 的面积和匝数分别为 S 和 n 则通过 T 的总磁通量为tSnBBSnnmsincos 5.9.18 由法拉第定律可知T 内将产生感应电动势其大小为ttBnSdtdnmmcoscoscos 5.9.19 式中 cosmmBnS 是感应电动势的幅值其值可用交流电压表测量。实验中使用内阻高达1M 的电子毫伏表测量仅几毫伏的感应电动势所以在探测线圈内产生的电流只有10-310-2 微安。由于该电流产生的磁场非常弱不会对被测量的磁场造成干扰。只要测量仪表有较高的准确度利用这种方法得到的结果是能够反映被测磁场的实际情况

5、的。由于交流电流表的读数是代表有效值所以用交流毫伏表测量感应电动势的有效值e 与 m 幅值之间存在关系 coscos212emmeBnSBnS 5.9.20 由 5.9.20 可得cosnSBee 5.9.21 式中 Be 为有效值。当 0 时则 nSBee00 或 2eoeoBfnS 5.9.22 图 5.9.5 探测线圈示意图mVTB 式中 f 为交变电流频精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 4 页3 率可从低频信号发生器上读出。测量时在待测点旋转线圈T电压表测出的最大值即为e。 【实验内容与步骤】利用低频信号发生器作为

6、低频低压交流电源用晶体管毫伏表测出探测线圈的感应电动势求出长直螺线管轴线上的磁场分布情况。1 按图 5.9.6 联接电路。将信号发生器各旋钮和晶体管毫伏表量程调到适当位置接通电源预热15 分钟后开始测量。 2 将开关 K 倒向 1 调节信号发生器的输出频率和幅度。假设已知 R 的值则由毫伏表的读数e 可算出电流Ie eR/R 。为了保持磁场稳定必须随时监测电流Ie 使 eR 保持不变。 3将开关 K 倒向 2 毫伏表量程开关旋到10mV 或 30mV 档。改变探测线圈在螺线管中的位置读出毫伏表的最大指示值ex将 ex 值代入 5.9.22 式算出各点的磁感应强度Bex。 4 自拟记录表格记录有

7、关参数。5. 在同一坐标纸上以x 为横轴 B为纵轴作出Bx 测-x 和 Bx 理-x 曲线。比较并分析产生误差的原因。【思考题】1 测量时为什么要旋转探测线圈T 2使用探测线圈和毫伏表测量线圈轴线上某点磁感应强度时如果信号发生器的输出电流振幅增加一倍则探测线圈内的感应电动势将会怎样变化当输出频率增加一倍时探测线圈内的感应电动势又将怎样变化【附录】DA-16 型晶体管毫伏表 该表是专门用于测量正弦交流电压有效值的一种电子仪表它具有较高的灵敏度、稳定度、低噪声电平及高输入电阻。主要工作特性如下1 测量电压范围100V300V 其量程精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 -

8、 - - - - - -第 3 页，共 4 页4 有十一个档。 2被测电压频率范围20Hz1MHz 3 固有误差 3基本频率 1KHz 使用方法如下a 测量精度以毫伏表外表垂直放置为准。b 接通电源待电表摆动数次至稳定后输入线短接假设指针不对零线可以旋动“ 零点调整 ” 旋钮使指针正对零线。在转到所测量程后经过几分钟需要再次调零但一定要转到高量程位置然后短接输入线再调零。c 测量前将毫伏表放置适当的量程以免超载太大烧坏晶体管。d 将输入端的短接线松开接入待测正弦电压后可由毫伏表读出电压的有效值。注图 5.9.6 感应法测量原理SER12KTmV 意在使用低量程档时两个输入端不能开路因为小的感应电压也能使指针偏转过头严重时会将表针打弯。e用毫伏表测量市电相线接输入端、中线接地不要接反测量36V 以上电压注意机壳带电。f由于仪器灵敏度较高使用时必须正确选择接地点以免造成测试错误。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 4 页