实验六、磁场的描绘

实验时间： 2010.11.11 . 实验概述 【实验目的及要求】 1.研究载流圆线圈轴线上磁场的分布，加深对毕奥—萨伐尔定律的理解； 2.掌握感应法测磁场的原理和方法； 3.考察亥姆霍兹线圈的磁场的均匀区 【仪器及用具】 音频信号发生器（具有功率输出）、晶体管万用表（MF-20型）、亥姆霍兹线圈实验装置、探测线圈等. 【实验原理】 1、 载流圆线轴线上的磁场分布 设圆线圈的半径为R，匝数为N，在通以电流I时，则线圈轴线上的一点P的磁感应强度B等于 0IRN2 B=2(R2x2)3/20IN2R(1xR22)3/2 (16-1) 式中0为真空磁导率，x为P点坐标，原点在线圈中心。线圈轴上磁场B与x的关系，如图16-1所示。

2、 亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布 亥姆霍兹线圈是由一对半径R、匝数N均相同的圆线圈组成，二线圈彼此平行而且共轴，线圈间距离正好等于半径R。如图16-2所示，坐标原点取在二线圈中心连线的中点O. 给二线圈通以同方向、同大小的电流I,它们对轴上任一点P产生的磁场的方向将一致。A线圈对P点的磁感应强度BA等于 BA=0IRN2R2Rx223/22 （16-2） B线圈对P点的磁感应强度BB等于 BB=0IRN2R2Rx223/22 （16-3） 详细请查阅实验书（2），页码：P127131 （由于实验书与实验室的仪器有区别，请适当选择原理写于实验报告） 1

实验内容 【实验方案设计】（测量及调节方法） 1﹑按照电路图将其中一个线圈串联入电路。 2﹑闭合电源开关，调节电源，尽可能使U比较大，最后固定一个U。 3﹑取好坐标，沿轴线方向每隔两个小孔取一个孔，用探测线圈在选中的孔中测一下U（转动探测线圈，使它所在的位置使多用表的读数最大），记下此时小孔的坐标和多用电表读数，取8组数据。 4﹑改变电流方向，重复步骤3。 5﹑按照电路图将两个线圈并联起来，使两个线圈产生的磁场是同向的。 6﹑取好坐标，沿轴线方向每隔两个小孔取一个小孔，用探测线圈在选中的位置中测一下U（转动探测线圈，使它所在的位置使多用表的读数最大），记下此时小孔的坐标和多用电表读数，取8组数据。

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【实验过程】（应包括主要实验步骤、观察到的现象、变化的规律以及相应的解释等） 1﹑将电流调节最小值。 2﹑按照电路图将其中一个线圈串联入电路。 3﹑闭合电源开关，调节电源，尽可能使U比较大，最后固定一个U。 4﹑选择合适的坐标，沿轴线方向每隔两个小孔取一个孔，用探测线圈在选中的孔中测一下U（转动探测线圈，使它所在的位置使多用表的读数最大），记下此时小孔的坐标和多用电表读数，取8组数据。 5﹑改变电流方向，重复步骤4。 6﹑按照电路图将另一个线圈串联入电路。 7﹑重复步骤3﹑4﹑5 8﹑按照电路图将两个线圈并联起来，使两个线圈产生的磁场是同向的。 9﹑重复步骤4﹑5 10﹑将电流，电压调至最小，关闭电源。

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【数据表格】（画出数据表格，写明物理量和单位） 激励电流I=20.0mA 频率=120.0Hz 离O点线圈距离/cm 1U/mv -9.0 1.25 -8.0 1.35 -7.0 1.43 -6.0 1.47 -5.0 1.48 -4.0 1.45 -3.0 1.38 -2.0 1.28 -1.0 1.16 0.0 1.05 1.0 0.93 2.0 0.82 3.0 0.71 4.0 0.62 5.0 0.54 6.0 0.46 7.0 0.41 8.0 0.36 9.0 0.31 线圈1U/u 1.19 1.29 1.36 1.4 1.41 1.38 1.31 1.22 1.1 1 0.89 0.78 0.68 0.59 0.51 0.44 0.39 0.34 0.3 线圈2U/mv 0.32 0.35 0.41 0.47 0.54 0.63 0.73 0.83 0.95 1.07 1.19 1.3 1.4 1.46 1.49 1.49 1.43 1.35 1.24 线圈2U/u 0.3 0.33 0.38 0.44 0.5 0.59 0.68 0.78 0.89 1 1.11 1.21 1.31 1.36 1.39 1.4 1.34 1.26 1.16 双线圈U/mv 1.56 1.71 1.84 1.95 2.03 2.08 2.11 2.12 2.12 2.12 2.13 2.12 2.11 2.08 2.03 1.93 1.82 1.68 1.53 双线圈U/u 0.74 0.81 0.87 0.92 0.96 0.98 1 1 1 1 1.01 1 1 0.98 0.96 0.91 0.86 0.79 0.72

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【数据处理及结果】 线圈1U/u1.61.41.210.80.60.40.20-10-505离O点的距离X/cm10U/u线圈1U/u U/u1.61.41.210.80.60.40.20-10-505离O点的距离X/cm10 线圈2U/u

线圈2U/u5

U/u1.210.80.60.40.20-10-50离O的距离X/cm510双线圈U/u 双线圈U/u 【讨论】 实验操作都很简单，但是要控制好激励电流和频率的固定不变.另外是选取零点，一般取在两圆线圈中间，线圈与零点距离可直接读出，也可取在两线圈左右，只是做出U/u—x图象不形成对称图形。 指导教师评语及成绩 【评语】 成绩： 指导教师签名： 批阅日期：

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预习报告张贴处

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