实验报告集成霍尔传感器测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场.docx

1、实验报告集成霍尔传感器测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场实验报告-集成霍尔传感器测量 圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场大学物理实验报告实验3-9 集成霍尔传感器测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场一、 实验名称：集成霍尔传感器测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的 磁场二、 实验目的：1、 掌握霍尔效应原理测量磁场；2、 测量单匝载流原线圈和亥姆霍兹线圈轴线上 的磁场分布。三、 实验器材：1、亥姆霍兹线圈磁场测定仪，包括圆线圈和亥 姆霍兹线圈平台（包括两个圆线圈、固定夹、不 锈钢直尺等）、高灵敏度毫特计和数字式直流稳 压电源。四、 实验原理：1、圆线圈的磁场：根据毕奥-萨伐尔定律，载流线圈在轴线（通 过圆心并与线圈平面垂

2、直的直线）上某点的磁感 应强度为：式中i为通过线圈的电流强度，R为线圈平均 半径，x为圆心到该点的距离，N为线圈的匝数，o 4 10 7T mA，为真空磁导率。因此，圆心处的磁感应强度为B O NI2R轴线外的磁场分布计算公式较复杂。2、亥姆霍兹线圈的磁场亥姆霍兹线圈如图3-9-1所示，是一对彼此 平行且连通的共轴圆形线圈，两线圈内的电流方 向一致，大小相同，线圈之间的距离d正好等于 圆形线圈的半径R。上任意一点的磁感应强度为B 1 o N I R2R2 (R z)232 R2 (R z)2 32而在亥姆霍兹线圈上中心 o处的磁感应强532当线圈通有某一电流时，两线圈磁场合成如图:从图3-9-

3、2可以看出，两线圈之间轴线上磁 感应强度在相当大的范围内是均匀的。五、实验步骤：1、载流圈和骇姆霍兹线圈轴线上各点磁感应强 度的测量亥姆霍兹线圈磁场测定仪图3-9-3 亥姆霍兹线圈磁场测定仪器示意图1毫特斯拉计 2.电流表 3直流电流源 4电流调节旋钮 5调零旋钮 6传感器插头7固定架 8霍尔传感器 9.大理石 10.线圈 A、B、C、D为接线柱(1)按课本图3-9-3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， 测量电流I 100mA时，单线圈a轴线上各点磁感应强度Ba， 每个1.00cm测一个数据。试验中随时观察特斯 拉计探头是否线圈轴线移动。每测量一个数据， 必须先在直流电源

4、输出电路断开(I 0)调零后，才 测量和记录数据。将测得的数据填入表3-9-1中。(2)用理论公式计算员线圈中轴线上个点 的磁感应强度，将计算所得数据填入表 3-9-1中 并与实验测量结果进行比较。(3)在轴线上某点转动毫特斯拉计探头， 观察一下该店磁感应强度测量值的变化规律，并 判断该点磁感应强度的方向。（4） 将线圈a和线圈b之间的距离d调整 至d 10.00cm，这时，组成一个亥姆霍兹线圈。取电 流值I 100mA，分别测量两线圈单独通电时，轴线 上各点的磁感应强度值Ba和Bb，然后测亥姆霍兹 线圈在通同样电流I 100mA，在该轴线上的磁感应 强度值Bab，将测量结果填入表4-9-2中

5、。证明在 轴线上的点Bab=Ba + Bb，即亥姆霍兹线圈轴线上任 一点磁感应强度是两个载流单线圈在该点上产 生磁感应强度之和。（5） 分别把亥姆霍兹线圈间距调整为d R2 和d 2R，与步骤（4）类似，测量在电流为I 100mA 时轴线上个点的磁感应强度值，将测量结果分别 填入表3-9-3和表3-9-4中。（6） 做间距d R/2， d R,d 2R时，两个线圈 轴线上磁感应强度B与位置z之间关系图，即B z 图，验证磁场叠加原理。2、载流圆线圈通过轴线平面上的磁感应线分布 的描绘把一张坐标纸黏贴在包含线圈轴线的水平 面上,可自行选择恰当的点，把探测器底部传感器对准此点，然后亥姆霍兹线圈通过

6、I 100mA电流.转 动探测器,观测毫特斯拉计读数值，读数值为最 大时传感器的法线方向，则为该点的磁感应强度 方向.比较轴线上的点与远离轴线点磁感应强度 方向变化情况.近似画出载流亥姆霍兹线圈磁感 应线分布图。3.实验注意事项(1)接好电路后，打开电源预热10min后才能 进行实验。(2)每测量一点磁感应强度值时应断开线圈 电流，在电路为零时调探测器为零。(3)注意台上的标度尺不要压在载流线圈的 轴线上，标度尺应平行于平台的中轴线并与平台 中轴线距离为1.00cm。(4)测量时，探测器的探测孔朝下并与待测点 对应,并注意探测器本身的尺寸。(5)在测量亥姆霍兹线圈B时,必须串联两线 圈里的电流

7、。六、记录及数据处理：1、单线圈轴线上磁感应强度表3-9-1 单线圈轴线上磁感应强度位置/cm9876543210+1+2+3+4+5+6+7+8+9测量值理 论 值百 分 误 差2、亥姆霍兹线圈轴线上磁感应强度表3-9-2亥姆霍兹线圈轴线上磁感应强度位置/cmc+8+998765432101234567单线圈磁场Ba单线圈磁场BbBa+ Bb亥姆霍兹线圈的磁场B两线圈轴向间距d=10cm时的磁感应强度表3-9-3 两线圈轴向间距d=5cm时的磁感应强度位置t/cm9876543210+1+2+3+4+5+6+7+8+9单线圈磁场Ba单线圈磁场BbBa.+ Bb亥姆霍兹线圈的磁场B表3-9-4

8、 两线圈轴向间距d=20cm时的磁感应 强度位置/cm0+987654321123456789单线圈磁场Ba单线圈磁场BbBa.+ Bb亥姆霍兹线圈的磁场B3、所测磁感应强度 B与z之间的关系图即B-z 图。根据以上所测数据，作出B-Z图如下: I 七、误差分析本次试验在测量单线圈轴线磁感应强度上 的数据上得到了比较大的误差，经过分析，得出 以下可能影响测量数据的因素。1、没有做到每测量一点的磁感应强度之前 做好调零工作，使得测量一些点数据的时候没有 消除外界磁场影响，造成测量数据不准确。2、测量若干点数据的时候没有按照正确的 测量方法，没有做到探头的摆放方式一致，造成 每一点的测量都会因为测

9、量方法的不同而产生差异八、实验结论：由图及数据观察有，轴线上的点Bab=Ba+Bb , 即亥姆霍兹线圈轴线上任一点磁感应强度是两 个载流单线圈在该点上产生磁感应强度之和。同时，当Ba和Bb共同作用的同时，曲线 在两线圈中中间几乎水平，到两端急剧下降。可 知通电螺线管中间为匀强磁场。九、思考题:1、 为什么在实验中每测一点的磁感应强度之前都必须调零？答：在实验中，测量坐标板上的每一点，由于 所处的环境不同，所受到周围环境的电磁 波大小就有一个差异，因为我们在实验中主要是 研究在该点由这个线圈所激发的磁场的磁感应 强度是多少，所以绝对有这个必要在测量每一点 之前调零来排除周围环境的电磁波的影响。2、 亥姆霍兹线圈的磁场分布有什么特点？答：亥姆霍兹线圈是两个彼此平行且连通的 共轴圆形线圈，他的磁场分布是两个通电圆圈磁 场的叠加。半径和两个圆圈的距离不同，叠加的 结果也不同。两个线圈之外是逐渐减弱的，但是 两个线圈之间可能是中间最弱，也可以是中间最 强，还可以是匀强磁场。3、 若将两线圈通以相反方向的电流，则在两线 圈内部和外部的轴线上的磁场将会如何分布？答：其内部磁场将会相互抵消，而外部磁场 则维持跟原来一样。