《物理实验》实验十用电磁感应法测磁场

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1、实验十二用电磁感应法测磁场分布在工业、国防、科研屮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动势的值的变化规律。【实验原理】一、

2、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斤，通以电流/的圆线圈，轴线上磁场分布的公式为：(12-1)々MX2(R2+X2y/2式中No为圆线圈的匝数，X为轴上某一点到圆心CX的距离。=4nxlO-7H/m,它的分布图如图12-1所示。图12・2亥姆霍兹线圈的磁场分布图12」载流圆线圈磁场分布实验十二用电磁感应法测磁场分布在工业、国防、科研屮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

3、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斤，通以电流/的圆线圈，轴线上磁场分布的公式为：(12-1)々MX2(R2+X2y/2式中No为圆线圈的匝数，X为轴上某一点到圆心CX的距离。=4nxlO-7H/m,它的分布图如图12-1所示。图12・2亥姆霍兹线圈的磁场分布图12

4、」载流圆线圈磁场分布本实验取:N（）=400匝,I=0.060A,R=0」05m,圆心。处X=0,可算得圆心。处磁感应强度为：B=0.1436mT（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Q等于线圈半径7?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。这种均匀磁场在科学实验中应用十分广泛，例如，显像管中的图123探测线圈在磁场屮行、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。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）：B=Bmsincot磁场

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6、卩一探测线圈的磁通量为：0=NS5”cosBsin（Df,式中：N为探测线圈的匝数，S为该线圈的截面枳，0为B与线圈法线夹角，如图12・3所示。线圈产生的感应电动势为d①£=--=-NSo）BmCOSCOS69/=-Emcoscot式中Em=NSa）Bm^0是线圈法线和磁场成&角吋，感应电动势的幅图124探测线圈值。当&=0。，£max=NSCOBm,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）（7max应为£hiaxmaxNSeNSco(12-2)由（12-2）式可算出氏来。三、探测线圈的设计实验中rtr丁•磁场的不均匀性，探测线圈又不对能

7、做得很小，否则将会影响测量灵敏度。一般设计的线圈长度厶和外径D应满足厶=-D的关系，线圈的内径d与外径Q之比^.d<—o（本33实验室选取Q=0.012m,TV=1000匝的线圈）见图124该探测线圈在磁场中的等效血积，经理论计算，可用：(12-3)S=—nD2108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20〜200Hz之间连续调节，如选择/=50Hz,贝9：0）=2兀/=100兀3一】，将D、N及C值代入（12-2）式得(12-4)【实验仪器】DH4501型磁场实验仪【实验内容】

8、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I=0.060A,以圆电流线圈中心为坐标原点，每隔10.0mm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D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敢值，但实际测量时，这两个值往往不相等，这时就应该分别测岀这两个值，然后取其平均值作为对应点