海南大学物理实验C教案-亥姆霍兹线圈磁场测量.pdf

物理 文明物理 文明 海 南 大 学 大学物理实验 海 南 大 学 大学物理实验C 课程教案课程教案 适用专业 适用专业 2013级 适用时间 级 适用时间 2014年年3月月 2014年年6月月 物理 文明物理 文明 实验题目 亥姆霍兹线圈磁场测量实验题目 亥姆霍兹线圈磁场测量 物理 文明物理 文明 教学参考资料教学参考资料 4 海南大学物理实验中心网址 海南大学物理实验中心网址 http 125 217 98 161 8032 3 海南大学网络教学平台海南大学网络教学平台 大学物理大学物理C 主讲教师 陈老师 主讲教师 陈老师 course course layout page index jsp courseId 6058 1 百度文库 百度文库 2 爱问共享资料 爱问共享资料 搜索 搜索 1218953220海南大学 海南大学 物理 文明物理 文明 网络教学平台网络教学平台 物理 文明物理 文明 物理 文明物理 文明 物理 文明物理 文明 000000 学号学号 物理 文明物理 文明 物理 文明物理 文明 物理 文明物理 文明 一 实验目的一 实验目的 1 熟悉霍尔效应法测量磁场的原理 熟悉霍尔效应法测量磁场的原理 2 学会亥姆霍兹磁场实验仪的使用方法 学会亥姆霍兹磁场实验仪的使用方法 3 测量圆线圈和亥姆霍兹线圈上的磁场分布 并验证 磁场的叠加原理 测量圆线圈和亥姆霍兹线圈上的磁场分布 并验证 磁场的叠加原理 物理 文明物理 文明 二 实验仪器二 实验仪器 物理 文明物理 文明 物理 文明物理 文明 物理 文明物理 文明 物理 文明物理 文明 三 实验原理三 实验原理 1 霍尔效应 霍尔传感器 霍尔效应 霍尔传感器 在通有电流的导体板 上 垂直于板面施加 磁场 则在导体板上 会出现横向电势差 此现象称为霍耳效应 该电势差称 在通有电流的导体板 上 垂直于板面施加 磁场 则在导体板上 会出现横向电势差 此现象称为霍耳效应 该电势差称霍耳电 势差 霍耳电 势差 nq R 1 H 霍耳电压霍耳电压 d IB RU HH 霍耳系数霍耳系数 HHH IB URK IB d H UKIB kB H UB与 一 一 对 应 物理 文明物理 文明 x B x o R I 2 圆线圈磁场 圆线圈磁场 2 3 22 2 0 2 Rx IR B 2 3 22 2 0 2 Rx IRN B B x xO 物理 文明物理 文明 3 磁场叠加原理 磁场叠加原理 2 0 1 3 22 2 2 2 NR I B R R x 2 0 2 3 22 2 2 2 NR I B R R x 22 00 12 33 2222 22 22 22 NR INR I BBB RR R x R x 物理 文明物理 文明 4 亥姆霍兹线圈 亥姆霍兹线圈 亥姆霍兹线圈亥姆霍兹线圈 在实验室中 常应用亥姆霍兹线圈产生所 需的不太强的均匀磁场 特征是由一对相同半径的同轴载流线 圈组成 当它们之间的距离等于它们的半径时 试计算两线圈 中心处和轴线上中点的磁感应强度 从计算结果将看到 这时 在两线圈间轴线上中点附近的场强是近似均匀的 在实验室中 常应用亥姆霍兹线圈产生所 需的不太强的均匀磁场 特征是由一对相同半径的同轴载流线 圈组成 当它们之间的距离等于它们的半径时 试计算两线圈 中心处和轴线上中点的磁感应强度 从计算结果将看到 这时 在两线圈间轴线上中点附近的场强是近似均匀的 2 3 22 2 0 2 3 22 2 0 21 2 2 2 2x R R INR x R R INR BB 0 0 3 2 8 5 N I B R 物理 文明物理 文明 物理 文明物理 文明 五 实验步骤五 实验步骤 1 开机后应预热开机后应预热 10分钟 再进行测量 分钟 再进行测量 2 调整两线圈位置 使两线圈共轴且轴线与台面 中心横刻线重合 两线圈距离为 调整两线圈位置 使两线圈共轴且轴线与台面 中心横刻线重合 两线圈距离为R 10 00cm 线圈 半径 线圈 半径 左端在 左端在0处 右端在处 右端在10cm R 处 即组成 一个亥姆霍兹线圈 处 即组成 一个亥姆霍兹线圈 物理 文明物理 文明 3 调整传感器位置 使其在两线圈的轴线上 调整传感器位置 使其在两线圈的轴线上 即将传感器调到 刻度 即将传感器调到 刻度0处处 物理 文明物理 文明 4 按图示接好线路 图为两线圈同时通电 按图示接好线路 图为两线圈同时通电 将白色 专用连接线 一端端口接左端含线圈的 霍尔元件 接口 另一端接右边 测定仪 霍尔传感器接口 将白色 专用连接线 一端端口接左端含线圈的 霍尔元件 接口 另一端接右边 测定仪 霍尔传感器接口 物理 文明物理 文明 4 按图示接好线路 图为两线圈同时通电 按图示接好线路 图为两线圈同时通电 将白色 专用连接线 一端端口接将白色 专用连接线 一端端口接 物理 文明物理 文明 4 按图示接好线路 图为两线圈同时通电 按图示接好线路 图为两线圈同时通电 将电源线从 将电源线从 IM输出 红端接到励磁线圈输出 红端接到励磁线圈1左端 如先测量线圈左端 如先测量线圈 1 即将黑色导线从励磁线圈 即将黑色导线从励磁线圈1右端接回 右端接回 IM输出 黑色端输出 黑色端 物理 文明物理 文明 按图接线 只给单线圈按图接线 只给单线圈O1通电 旋转电流调节旋 纽 令电流 通电 旋转电流调节旋 纽 令电流I为为100mA 把传感器探头从一侧沿 把传感器探头从一侧沿OX 轴移动轴移动 每移动每移动1 00cm测一磁感应强度测一磁感应强度B1 测出一 系列与坐标 测出一 系列与坐标x对应的磁感应强度对应的磁感应强度B1 5 测量亥姆霍兹线圈中O1线圈的磁感应 强度沿轴线的分布 B1 从刻度尺从刻度尺0左边左边6cm 开始测量到右边开始测量到右边 17cm处 注意处 注意5cm 处为 线圈记数据的处为 线圈记数据的0 位置 位置 物理 文明物理 文明 读数方法 将霍尔传感器置于待测位置后 将不 通电时的读数调为零 通电后读数即为线圈在该处产生 磁磁感应强度 读数方法 将霍尔传感器置于待测位置后 将不 通电时的读数调为零 通电后读数即为线圈在该处产生 磁磁感应强度 标尺 标尺 cm 101334567 磁场位置 6 5 4 3 2 1012 磁场 物理 文明物理 文明 标尺 标尺 cm 101334567 磁场位置 6 5 4 3 2 1012 磁场 读数方法 将霍尔传感器置于待测位置后 先记下 不通电时的读数调 读数方法 将霍尔传感器置于待测位置后 先记下 不通电时的读数调B0 然后记下通电后读数 然后记下通电后读数B1 B1 B0即为线圈在该处产生磁磁感应强度 即为线圈在该处产生磁磁感应强度 物理 文明物理 文明 读数方法 将霍尔传感器置于待测位置后 先记下 正向通电时的读数调 读数方法 将霍尔传感器置于待测位置后 先记下 正向通电时的读数调B1 然后记下反向通电后读数 然后记下反向通电后读数B2 即为线圈在该处产生磁磁感应强度 即为线圈在该处产生磁磁感应强度 物理 文明物理 文明 将霍尔传感器置于待测位置后 先记下正向通电 时的读数调 将霍尔传感器置于待测位置后 先记下正向通电 时的读数调B1 然后记下反向通电后读数 然后记下反向通电后读数B2 即为线圈在该处产生磁磁感应强度 即为线圈在该处产生磁磁感应强度 12 2 BB x B x o R I 0 B 1 B x B x o R I 0 B 2 B 10 BBB 10 01BBB 20 BBB 20 02BBB 12 得得 12 12 22 BBBB B 若若 12 00B B 则则 21 21 2 BB B 12 2 BB B 物理 文明物理 文明 6 测量测量O2线圈磁感应强度沿轴线的分布 线圈磁感应强度沿轴线的分布 B2 只给单线圈 只给单线圈O2通电 旋转电流调节旋纽 令电 流 通电 旋转电流调节旋纽 令电 流I为为100mA 以上述同样的测量方法 测出一系列 以上述同样的测量方法 测出一系列 B2 数据 数据 物理 文明物理 文明 7 测量亥姆霍兹线圈磁感应强度沿轴线的分布测量亥姆霍兹线圈磁感应强度沿轴线的分布 B1 2 并验证磁场迭加原理 两个线圈串联 间隔调整至 并验证磁场迭加原理 两个线圈串联 间隔调整至10cm 同时通电流同时通电流 I 100mA 测量其轴线上磁感应强度 测量其轴线上磁感应强度B1 2 证明 证明 B1 2 B1 B2 物理 文明物理 文明 物理 文明物理 文明 六 数 据 表 格 及 处 理 六 数 据 表 格 及 处 理 标尺 cm 磁场 cm B1 T B2 T B 1 2 T 611 510 49 38 27 16 05 14 23 32 41 50 61 72 83 94 105 116 127 138 149 1510 1611 1712 物理 文明物理 文明 六 数据表格及处理六 数据表格及处理 654321012345 11 10 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 00 67891011121314151617 123456789101112 1 2 B T 12 BB T 1 B T 2 B T 偏差偏差 1 2 B T 12 BB T 1 B T 2 B T x cm线圈 偏差偏差 x cm标尺 x cm标尺 x cm线圈 物理 文明物理 文明 六 数据表格及处理六 数据表格及处理 方法方法3读数读数 7 00 6 00 5 00 4 00 3 00 2 00 1 000 00 偏差偏差 7 006 005 004 003 002 001 00 偏差偏差 cmx 1 B mT 2 B mT 1 2 B mT 12 BB mT cmx 1 B mT 2 B mT 1 2 B mT 12 BB mT 物理 文明物理 文明 1 将测得的单匝圆线圈将测得的单匝圆线圈B1轴线上点的磁感应强度与 理论公式计算结果进行比较 轴线上点的磁感应强度与 理论公式计算结果进行比较 物理 文明物理 文明 2 将分别通电测得的单匝圆线圈将分别通电测得的单匝圆线圈B1 B2轴线上点的 磁感应强度之和 轴线上点的 磁感应强度之和 B1 B2 与 与B1和和 B2同时通电测得的 磁感应强度 同时通电测得的 磁感应强度B1 2进行比较 验磁场证叠加原理 进行比较 验磁场证叠加原理 线圈1 m x m B1 T B2 T B 1 2 T B1 B2 T B 1 2 B1 B2 0 06 0 1119847240245 5 0 05 0 122454273278 5 0 04 0 0925162308313 5 0 03 0 0827671342347 5 0 02 0 0729682373378 5 0 01 0 0631096401406 5 0 0 05314111420425 5 0 01 0 04310129434439 5 0 02 0 03296150441446 5 0 03 0 02276173444449 5 0 04 0 01251198444449 5 0 050224224443448 5 0 060 01198251444449 5 0 070 02173276444449 5 0 080 03150296441446 5 0 090 04129310434439 5 0 10 05111314420425 5 0 110 0696310401406 5 0 120 0782296373378 5 0 130 0871276344347 3 0 140 0962251308313 5 0 150 154224273278 5 0 160 1147198240245 5 0 170 1241173209214 5 物理 文明物理 文明 物理 文明物理 文明 3 将分别通电测得的单匝圆线圈将分别通电测得的单匝圆线圈B1 B2轴线上点的 磁感应强度之及同时通电测得的磁感应强度 轴线上点的 磁感应强度之及同时通电测得的磁感应强度B1 2进 在同一图上作图 进 在同一图上作图 物理 文明物理 文明 七 注意事项七 注意事项 1 实验中 应注意毫特计探头沿线圈轴线移动 每测量一个数据 必须先在直流电流输出电路断 开时 实验中 应注意毫特计探头沿线圈轴线移动 每测量一个数据 必须先在直流电流输出电路断 开时 I 0 毫