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

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1、.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直的直线）上某点的磁感应强度为： 式中为通过线圈的电流强

2、度，为线圈平均半径，为圆心到该点的距离，为线圈的匝数，m，为真空磁导率。因此，圆心处的磁感应强度为            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。..设z为亥姆霍兹线圈中轴线上某点离中心点O处的距离，根据毕奥-萨伐尔定律及磁场叠加原理可以从理论上计算出亥姆霍兹线圈周线上任意一点的磁感应强度为而在亥姆霍兹线圈上中心O处的磁感应强度B为当线圈通有某一电流时，两线圈磁场合成如

3、图：从图3-9-2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，测量电流时，单线圈a轴线上各点磁感应强度，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

4、轴线移动。每测量一个数据，必须先在直流电源输出电路断开()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，这时，组成一个亥姆霍兹线圈。取电流值，分别测量两线圈单独通电时，轴线上各点的磁感应强度值和，然后测亥姆霍兹线圈在通同样电流，在该轴线上的磁感应强度值，将测量结果填入表4-

5、9-2中。证明在轴线上的点=+，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和..，与步骤（4）类似，测量在电流为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，,时，两个线圈轴线上磁感应强度B与位置之间关系图，即图，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电流.转动探测器,观测毫特斯拉计读

6、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。六、 记录及数据

7、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/cm-9-8-7-6-5-4-3-2-10+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/cm-9-8-7-6-5-4-3-2-10+1+2+3+4+5+6+7+8+9单线圈磁场单线圈磁场+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/cm-9-8-7-6-5-4-3-2-10+1+2+3+4+5+6+7+8+

8、9单线圈磁场单线圈磁场+亥姆霍兹线圈的磁场B表3-9-4两线圈轴向间距d=20cm时的磁感应强度位置/cm-9-8-7-6-5-4-3-2-10+1+