测螺线管磁场指导资料

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1、1、在实际应用小人们常常需要知道载流导体所产生的磁场分布。从原则上讲利用毕奥一一萨伐尔定律可以计算出载流导体所产生的磁场，但是大多数情况计算十分复杂困难。因此常常需要设计其他的实验的方法去测量磁场。木实验中所用的探测线圈是常用的测量磁场的方法。木实验的R的是学习测量交变磁场的一种方法，加深理解磁场的一些特性及电磁感应定律。2、图1图1是一个长为27,匝数为N的单层密绕的直螺线管产生的磁场。当导线中流过电流/时，由毕奥一萨伐尔定律可以计算出在轴线上某一点P的磁感应强度为式屮，为单位长度上的线圈匝数，R为螺线管半径，x为P点到螺线管中心处的距离。在SI单位制中，B的单位为特斯拉（T

2、）。图1同吋给出B随x的分布曲线。磁场测量的方法很多。具中最简单也是最常用的方法是基于屯磁感应原理的探测线圈法。本实验釆用此方法测量宜螺线管屮产生的交变磁场。下图是实验装置的实验装置的示意图。图2当螺线管A中通过一个低频的交流电流i(I)=Iosint时，在螺线管内产生一个与电流成止比的交变磁场〃二Cpi(t)=Bosint其中G是比例常数,把探测线圈A1放到螺线管内部或附近，在A1中将产生感生电动势，具大小取决于线圈所在处磁场的大小、线圈结构和线圈相对于磁场的取向。探测线圈的尺寸比较小，匝数比较多。若其截面积为S1,匝数为N1,线圈平面的法向平面与磁场方向的夹角为〃‘则穿过线

3、圈的磁通链数为：W=NSB(t)cos0根据法拉第定律，线圈中的感生屯动势为：通常测量的是电压的有效值，设丿的有效值为人〃"丿的有效值为则有,由此得出磁感应强度：其屮「是探测线圈的半径，f是交变电源的频率。在测量过程屮如始终保持A和血在同一轴线上，此时，则螺线管屮的磁感应强度为在实验装置中，在待测螺线管［Hl路屮串接毫安计用于测量螺线管导线屮交变电流的有效值。在探测线圈人两端连接数字毫伏计用于测量儿中感应电动势的冇效值。使用探测线圈法测量直流磁场时，可以使用冲击电流计作为探测仪器，同学们可以参考冲击电流计原理设计岀测量方法。3、图1：测量螺线管内磁场实验装置全貌测量螺线管内磁场

4、实验仪器包括：铜导线螺线管、霍尔元件（轴向磁场探针）、（毫）特斯拉计、电流源。图2:铜导线螺线管图3:霍尔元件（轴向磁场探针）上图为轴向磁场探针，伸入螺线管屮用于测量磁场强度，探针的另一端接在特斯拉计之上，由特斯拉计给出磁场强度的读数。图4:（毫）特斯拉计给出磁场强度的读数。与测量直流导体外磁场屮使用的特斯拉计相似。图5:电流源为铜导线螺线管供电，产生磁场。4、1)・研究螺线管中磁感应强度$与电流/和感生电动势7之间的关系，测量螺线管屮的磁感应强度。2)•测量螺线管轴线上的磁场分布。实验重点1.掌握探测线圈法测量交变磁场的方法。2•测量螺线管轴线上的磁场分布。3.加深理解电磁感

5、应定律及磁场的特征。实验难点1.探测线圈法测量磁场的线路设计与连接，包括单刀双掷开关及交流毫伏计的使用。2.低频信号发生器的使用。3.互感现象的观察及线路设计。操作指导—、主窗口在系统主界面上选择“螺线管磁场及其测量实验”并单击，即可进入木仿真实验平台，显示平台主窗口——实验室场景，看到实验台和实验仪器。二、主菜单在主窗】」上单击鼠标右键，弹出主菜单。主菜单卜•还有了菜单。鼠标左键单击相应的主菜单项或子菜单项，则进入相应的实验部分（图1）。实验应按照主菜单的条目顺序进行。1.实验简介选择主菜单的“简介”并单击可打开实验简介文档（图2）o图2鼠标移到上面蓝条处将显示操作提示，双击

6、即可返回实验平台。1.实验仪器选择主菜单的“实验仪器”并单击可打开实验仪器文档，操作与查看实验简介完全类似。3・实验原理包括子菜单项“实验原理一”和“实验原理二”。选屮“实验原理”的“实验原理一”子菜单项并单击，将显示实验原理一,如图3O图3用鼠标操作滚动条，可使画而上下滚动。鼠标移到上面蓝条处将显示操作提示，双击可返冋实验平台。选择“实验原理”的“实验原理二”子菜单项并单击，将显示实验原理二,与“实验原理一”操作相同。1.实验接线选择“接线”并单击进入接线界面。本实验屮晶体管毫伏表读数会随时间产生漂移，所以做本实验的关键是要对晶体管毫伏表经常短路调零以消除误差。为方便计，宜加

7、一单刀双掷开关。正确接线图（不止一种）可参见图4。图4接线吋选定一个接线柱，按住鼠标左键不放拖动，一根直导线即从接线柱引出。将导线末端拖至另一个接线柱释放鼠标，即可连接这两个接线柱。删除两个接线柱的连线，可将这两个接线柱重新连接一次。接线完毕单击鼠标右键弹岀菜单，选择“接线完毕”来判断接线是否正确，接线正确后才能开始实验。选择“重新接线”可删除所有导线。1.实验内容接线正确后此菜单项才会有效。此菜单包括子菜单项“内容一”、“内容二”和“内容三”。单击子菜单项“内容一”即可进入实验内容一进行实