高二物理教案 实验十 用电磁感应法测磁场.doc

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1、实验十二 用电磁感应法测磁场分布 97实验十二 用电磁感应法测磁场分布在工业、国防、科研中都需要对磁场进行测量，测量磁场的方法不少，如冲击电流计法、霍耳效应法、核磁共振法、天平法、电磁感应法等等。本实验介绍电磁感应法测磁场的方法，它具有测量原理简单、测量方法简便及测试灵敏度较高等优点。【实验目的】1、了解用电磁感应法测交变磁场的原理和一般方法，掌握FB-201型交变磁场实验仪及测试仪的使用方法。2、测量载流圆形线圈和亥姆霍兹线圈的轴向上的磁场分布。3、了解载流圆形线圈（或亥姆霍兹线圈）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（或亥姆霍兹线圈）的轴线成不同夹角时所产生的感应电

2、动势的值的变化规律。【实验原理】一、载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场 （1）载流圆线圈磁场一半径，通以电流的圆线圈，轴线上磁场分布的公式为： （12-1）图12-1 载流圆线圈磁场分布图12-2 亥姆霍兹线圈的磁场分布式中N0为圆线圈的匝数，为轴上某一点到圆心的距离。，它的分布图如图12-1所示。 图12-3探测线圈在磁场中BTmVn本实验取: 圆心处，可算得圆心O处磁感应强度为： （2）亥姆霍兹线圈(图12-2)两个相同圆线圈彼此平行且共轴，通以同方向电流，理论计算证明：线圈间距等于线圈半径R时，两线圈合磁场在轴上（两线圈圆心连线）附近较大范围内是均匀的，这样的一对线圈称为亥姆霍兹线圈。这种均

3、匀磁场在科学实验中应用十分广泛，例如，显像管中的行、场偏转线圈就是根据实际情况经过适当变形的亥姆霍兹线圈。图探测线圈DdL二、用电磁感应法测磁场的原理设均匀交变磁场为（由通交变电流的线圈产生）:磁场中一探测线圈的磁通量为：=NSBmcossint，式中：为探测线圈的匝数，S为该线圈的截面积，为与线圈法线夹角，如图12-3所示。线圈产生的感应电动势为12-4 式中是线圈法线和磁场成角时，感应电动势的幅值。当 ，这时的感应电动势的幅值最大。如果用数字式毫伏表测量此时线圈的电动势，则毫伏表的示值（有效值）应为，则： (12-2)由（12-2）式可算出来。三、 探测线圈的设计实验中由于磁场的不均匀性，

4、探测线圈又不可能做得很小，否则将会影响测量灵敏度。一般设计的线圈长度L和外径D应满足的关系，线圈的内径与外径之比为:d。(本实验室选取的线圈)见图12-4。该探测线圈在磁场中的等效面积，经理论计算，可用： (12-3)表示。这样的线圈测得的平均磁感强度可以近似看成是线圈中心点的磁感应强度。 本实验励磁电流由专用的交变磁场测试仪提供，该仪器输出的交变电流的频率可以从之间连续调节，如选择，则：，将D、N及值代入（12-2）式得 (12-4)【实验仪器】DH4501型磁场实验仪【实验内容】1测量圆电流线圈轴线上磁场的分布。接好电路，调节交变磁场实验仪的输出功率，使励磁电流有效值为 , 以圆电流线圈中

5、心为坐标原点，每隔测一 个值，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线圈轴线的夹角为0（从理论上可知，如果转动探测线圈，当=0和=180时应该得到两个相同的值，但实际测量时，这两个值往往不相等，这时就应该分别测出这两个值，然后取其平均值作为对应点的磁场强度）。同学们在做实验时，可以把探测线圈从=0o转到180o，测量一组数据对比一下，如果正、反方向的测量值相差不大于2，则只做一个方向的数据即可，否则，应分别按正、反方向测量，再求算平均值作为测量结果 。2测量亥姆霍兹线圈轴线上磁场的分布 把交变磁场实验仪的两组线圈串联起来（注意极性不要接反），接到交变磁场测试仪的输出端

6、钮。调节交变磁场测试仪的输出功率，使励磁电流有效值仍为。以两个圆线圈轴线上的中心点为坐标原点，每隔测一个值。3测量亥姆霍兹线圈沿径向的磁场分布按“实验内容”2，固定探测线圈法线方向与圆电流轴线D的夹角为0，转动探测线圈径向移动手轮，每移动测量一个数据，按正、负方测到边缘为止，记录数据并作出磁场分布曲线图。4验证公式，当不变时，与成正比。按实验内容2要求，把探测线圈沿轴线固定在某一位置，并使探测线圈法线方向与圆电流线圈轴线的夹角从0旋转到90，每改变10测一组数据。 5研究励磁电流频率改变对磁场强度的影响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0（注：亦可选取其它位置或

7、其它方向），并保持不变。调节磁场测试仪输出电流频率，在范围内，每次频率递增，逐次测量感应电动势的数值并记录。【数据与结果】1、圆电流线圈轴线上磁场分布的测量数据记录（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，数字式毫伏表读数以换算得到的值，并在表格中表示出各测点对应的理论值），在同一坐标纸上画出实验曲线与理论曲线，见表12-1。表12-1 圆电流线圈轴线上磁场分布的测量数据记录轴向距离 .10.02、亥姆霍兹线圈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0处），在方格坐标纸上画出实验曲线，见表12-2。 表12-2 亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布的测量

8、数据记录轴向距离 0.01.02.03.0.12.0 （3）测量亥姆霍兹线圈径向上磁场分布，见表12-3。表12-3 测量亥姆霍兹线圈径向上磁场分布数据记录径向距离 0.01.02.03.04.05.0（4）验证公式，以角度为横坐标，以磁场强度为纵坐标作图，见表12-4。表12-4 探测线圈法线与磁场方向不同夹角数据记录探测线圈转角 0.010.020.030.0. 90.0*（5）励磁电流频变化对磁场的影响。以频率为横坐标，磁场强度为纵坐标作图，见表5，并对实验结果进行讨论。表12-5 励磁电流频率变化对磁场的影响数据记录励磁电流频率. 【思 考 题】（1）圆电流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？（2）探测线圈的设计要解决哪些关键问题？（3）测量感应电动势的毫伏表应具备哪些特点？感应法测磁场为何不用普通电压表？（4）探测线圈放入磁场后，不同方向上毫伏表指示值不同，哪个方向最大？如何准确量 的值？毫伏表指示值最小表示什么？（5）试分析圆电流线圈磁场分布的实验结果与理论值之间的误差产生的原因？