磁场分布(北京科技大学物理实验报告)

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1、北京科技大学实验报告磁场分布实验目的、原理及实验步骤（见预习报告）实验数据（附后）及其处理1、不同磁极头间隙内的磁场分布特点①情形如图所示根据数据画出变化趋势图（如下）：此图表现出随着游标卡尺位置的变化（实际就是测量位置从中间向边缘扩展），霍尔效应的电压值先缓慢减小；当到达2cm左右位置的时候迅速下降；当达到2.5cm是下降速度又减缓。这说明了，在集束铁芯中间区域，磁场可以看做是匀强磁场，在磁极边缘区域，磁场迅速减小直至为零。（由于游标卡尺位置的限制，没有测量到磁场为零的位置）我们选取的数据点是非常精确的，此种情况下，我们就选择了50组数据。虽然这样做保证

2、了曲线的准确性，但也花费了大量时间去测量了许多不需测量的点。以前做实验都是参照书上提供的测量标准，自己没有去理解选择测量点的用处。所以，当这次实验里纯粹为了多收集数据而没有注意数据的可用性。数据并不是越多越好的，多出的数据就是一种累赘，没有实际的意义。②情形如图所示③情形如图所示④情形如图所示以上三种情形的图如下所示：以上三种图形的变化趋势和第一种相似，此处不再鳌述。测量过程中，我们保证了电流值几乎不变（在0.37~0.4A之间）。所以，每组数据可以做纵向比较。如下图所示：在平稳过渡阶段，可见情形③的磁场最大，也就是说它的励磁电流也是最大的。下面情况依次类

3、推。然后，我们可以清楚地看到，从①~④的迅速变化阶段，④的变化最早，变化最为平稳。这是和磁极的形状有关的。④的平行磁极的面积相对最小，这使它变化最早；又因为它相对的磁极不是直接减为零的，所以它的变化是最慢的。也就是说，④磁极产生的磁感应强度集中区域最少，相对分散区域最大。而①的情形恰好相反，磁极对应面积最大，然后迅速变为零。2，U形磁路及E形磁路磁场分布研究①U形磁路磁路是由一个U形线圈、U形铁块和一个可动长铁块构成。实验中，我们主要测量了同一个位置（靠近不动部分）的磁场随着铁块位置，即磁路闭合情况的变化关系。实验数据也是记录了这一信息。实验的关系图如下：

4、这里需要声明的是：铁块位置的增加说明的是，铁块和固定部分的距离在减小而不是增大。当铁块开始远离磁路的时候，磁感应强度迅速衰减。这表明闭合的磁路对漏磁现象的抑制能起到很大的作用。所以说，磁路能减少磁场和磁能的减少。然后，霍尔电压的较少趋于平缓，并最终有一个稳定值。这种情形也是能很好理解的：当铁块距离磁路较远时，整个磁路就不复存在，磁路对磁场的约束作用也消失了。测量出来的磁场是U形磁铁产生的磁场。当测量位置恒定的时候，磁场大小就是不变的。②E形磁路ABC上图所示（系列1为C处，系列2为A处）的是A和C处电压随位置变化关系，这种变化在U形磁路中已经说过。在这里我

5、想说明的是：通过数据，我们可以C处的电压初始值较大，但我们用的线圈是两个串联的，电流相同，电压不同就只能说明一个问题：线圈的匝数是C>A的。由数据可以看出，B的电压值与A、C处符号相反。这表明E形磁路中间磁极内的磁场方向是和两边磁路磁场方向相反的。3，两个通电圆线圈的情形在此实验里，我们测量的是两个线圈中电流方向相同情况下的磁场分布。首先先叙述一下我们的测量方法。我们测量的是不同平面（垂直于线圈中心轴的平面）的磁场分布。具体就是先确定可动圆筒的位置（实验中共取了10cm、20cm、35cm、50cm四处），然后通过变化测量标尺的位置来测量磁场。由实验数据可

6、各自画出一张变化图，有点累赘。因而我把所有情况都用一张图来表示了，这样可以更好的比较四者之间的关系。图如下：我们先来分析下系列2（10cm处）的变化趋势。可见电压是先减小的，达到极小值后又缓慢增加，然后到大约50cm处达到极大值，之后又有所衰减，接着又有个极小值。很明显，在100cm处有个突然增加的地方。当我画这张图时，我毫不犹豫地把这个点当做数据错误点删掉了。但是，当画到第二张图时我发现还有这种情况，第三张时还是有。那时我知道我不该删掉那个点了。那个点不是错误点，而是一个至关重要的点。当超过最高点后，磁场迅速减小，直至为0。现在，我们思考一下，为何会出现

7、那个突出的点。当测量位置向线圈边缘靠拢的时候，整个线圈其他位置产生的磁场在这一点很小，而靠近此点的线圈却能起到特别大的作用。而其他地方（靠进中心轴的那些点）的磁场受到各处磁场的相互制约。在此处外面（100~150cm）的迅速减小是很正常的事了。我们不妨看一下整个图的变化趋势，是不是有点对称的意思呢？差不多是以50cm处为对称轴。左边的很大部分没有通过测量表现出来，但根据实验的情况来看是必然对称的。所以我们可以大致认为，50cm处为两线圈中心轴的位置。当我想要研究中心轴处的磁场分布时，我发现四组数据完全没有办法得出什么结论。我做了中心轴四个点电压的关系图（如

8、下），发现四者是线性减小的，这明显不符合亥姆霍兹线圈的中心轴上磁场