非均匀磁场的测定

1、上海电力学院物理实验室上 海 电 力 学 院大学物理实验备课教案 实验名称： 非均匀磁场的测定 面向专业： 电力 热动 信控 实验室名称： 物理实验室 一、 实验目的：测量圆形电流的磁场分布二、实验仪器、设备：名 称型号、规格备 注圆形线圈自制探测线圈自制交流电流表44L1上海爱仪电子设备有限公司（原上海元线电仪厂）晶体管毫伏表XJ1910上海爱仪电子设备有限公司（原上海元线电仪厂）低频信号发生器XD7新建电子仪器厂（原上元21厂）联系人：单雅娟三、原理摘要测量公式、测量电路图、光路图或其它示意图： 在圆形线圈中通以交流电，则在其周围产生一个交变的磁场。用一个适当大小

2、的探测线圈置于磁场中，由于磁场以一定的频率作周期性变化，那么通过探测线圈的磁感应通量也随之作周期性变化，在探测线圈中必定有感生电动势产生。用晶体管毫伏表测量出感生电动势的 大小，就可以计算出磁感应强度的大小。磁场是矢量场，磁感应强度不仅有大小，而且有方向。下面分别叙述如何测定磁感应强度的大小和方位。1、 计算磁感应强度的大小 式中E0是在测量点处晶体管毫伏表指示的最大值，N是探测线圈的匝数，S为其有效面积，为交流电的频率。2、 确定B的方位在交变磁场中，磁场的方向也是作周期性变化，但是对于同一点磁感应强度的方位不变。根据法拉第电磁感应定律，B的方位即是探测线圈在该测量点感应电动势达到极大值E0

3、时，探测线圈的法线的方位线。但在实验中，达到极大值时的方位不易测准，因而采用转动探测线圈的方向使晶体管毫伏表读数为最小，此时，即B的方位与的方位垂直。参考讲义第88页图16-1和图16-2。利用探测线圈T的正方形底座，可画出线圈T中心O处B的方位，它平行与AD。四、实验内容与步骤： 低频信号发生器圆电流A交流电表 一、按右图接通电路。调节低频信号发生器，使频率固定在70.0HZ，调节输出电流，使通过圆形线圈的激磁电流在0.100 A。二、测出圆形电流的磁场沿轴线方向的分布 1、将坐标纸放在磁场测量片面上，并确定坐标原点，使其和圆电流几何中心重合（纸面与圆电流所在平面垂直）。2、从坐标原点开始，

4、沿轴线每隔1厘米测量一次探测线中感应电动势大小，共测15个点，来回重复一次。三、形象描绘圆形电流的磁场分布图沿轴线每隔2厘米测一次磁场方位（画0.5厘米长的短线）；由原点沿直径向边缘每隔2厘米，在测量平面上等间隔测量磁场方位，直到磁场方位线均匀分布在四分之一测量平面上。由对称性，可得测量平面余下部分磁场分布图。 五、数据记录： X坐标0.001.002.003.004.005.006.007.008.009.0010.0011.0012.0013.0014.0012.912.612.211.811.010.09.08.07.46.46.05.25.04.94.412.812.512.111.5

5、10.59.88.98.17.26.35.95.15.04.94.412.912.612.211.710.89.99.08.17.36.46.05.25.04.94.4其中六、数据处理：1， 在坐标纸上作出X曲线图2， 跟据以下公式计算=0.00cm,=2.00cm,=4.00cm的磁感应强度峰值的实验值，理论值，绝对误差和相对误差。实验值 其中N=1500，S=6.68,=70Hz. 理论值 其中为真空磁导率，=500，=10.5cm,=100Ma. 绝对误差 相对误差 %X坐标BmeBmtBmEr0.000.414*10-30.422*10-30.009*10-33%2.000.391*1

6、0-30.401*10-30.010*10-33%4.000.347*10-30.345*10-30.002*10-31%七、实验指导要点及注意事项：1. 只能确定B的方位，不能确定B的方向。2确定B方位时，是寻找E的最小值，即，与n 垂直的方位。3测量时，手不能碰到小线圈上焊接的地方，会对测量值产生影响八、实验中某些现象的分析讨论1在圆形线圈中未通入交流电I时，晶体管毫伏表的指针不在零刻度。答：周围环境的影响。 九、实验尚存在待解决的问题：1小线圈的焊接点容易断落2人为的操作（比如手拿线圈的位置，方式，力度）都会对测量结果有影响。十、预习题：1本实验根据哪些基本原理设计的？答：法拉第电磁感应

7、定律。2实验测得的某点磁感应强度B是不是测试时刻的磁感应强度值？答：不是，因为磁场强度是作着周期性变化的,实验测得的只是Bm值。3为什么说本实验所测定的仅是磁感应强度B的方位而不是方向？答：因为是一个交变的磁场，某点B的方向一直是在改变的，所以只能测得某点B的方位线，而不是具体的方向。4探测线圈与圆电流线圈相比，为什么应当很小？答：如果探测线圈比较大的话，它所产生的磁场会对测量的磁场有很大影响；另外，因为测量的是非均匀磁场，探测线圈过大，那么通过它区域的磁场非均匀性越大。5仅根据实验所测定的这些磁感应强度的方位线，能否将它们连成光滑的磁感应强度线？答：不能，因为实验中所测定的点是一些假想的点，不能确定它们分布在哪些磁感应线上。6放置坐标纸时要注意些什么？答：确定坐标原点，使其和圆电流几何中心重合。十一、复习思考题：1沿着圆电流半径测Bm时，Bm的大小如何变化？答：从中心原