实验八212《亥姆霍兹线圈磁场》实验报告.pdf

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1、班 级 ： 食 品 学 院 食 品 科 学 与 工 程 141 班 上 课 班 级 ： 生 命 科 学 学 院 生 物 科 学 类 165 班学 号 ： 5000414080 姓 名 ： 黄 素 君亥 姆 霍 兹 线 圈 磁 场一 、 实 验 目 的1、 掌 握 霍 尔 效 应 原 理 测 量 磁 场 ；2、 测 量 单 匝 载 流 原 线 圈 和 亥 姆 霍 兹 线 圈 轴 线 上 的 磁 场 分 布 。二 、 实 验 原 理1、 载 流 圆 线 圈 磁 场一 半 径 为 R， 通 以 电 流 的 圆 线 圈 ， 轴 线 上 磁 场 的 公 式 为 ： 2322 201 X2 R INRB

2、（ 1）式 中 ， N 为 圆 线 圈 的 匝 数 。 X 为 轴 上 一 点 到 圆 心 的 距 离 ， m/104 7-0 H ,称 为 真 空 磁 导 率 ， 因 此 它 的 轴 线 上 磁 场 分 布 图 如 图 。2、 亥 姆 霍 兹 线 圈所 谓 亥 姆 霍 兹 线 圈 为 两 个 相 同 彼 此 平 行 且 共 轴 ， 使 线 圈 上 同 方 向 电 流 ， 理论 计 算 证 明 ： 线 圈 间 距 a 等 于 线 圈 半 径 R 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 种 均 匀 磁 场

3、在 工 程 运 用 和 科 学 实 验 中 应 用十 分 广 泛 。 本 试 验 使 用 霍 尔 效 应 法 测 磁 场 ， 并 且 本 试 验 使 用 的 仪 器 有 集 成 霍 尔 元 件 ， 已经 与 显 示 模 块 联 调 ， 直 接 显 示 磁 场 强 度 。三 、 实 验 仪 器4501A 型 亥 姆 霍 兹 线 圈 磁 场 实 验 仪四 、 实 验 步 骤1、 测 量 载 流 圆 线 圈 轴 线 上 磁 场 的 分 布（ 1） 仪 器 使 用 前 ， 请 先 开 机 预 热 10min接 好 电 路 ， 调 零 。（ 2） 调 节 磁 场 实 验 仪 的 输 出 功 率 ， 使

4、励 磁 电 流 有 效 值 为 I=200mA， 以 圆 电流 线 圈 中 心 为 坐 标 原 点 ， 每 隔 10.00mm 测 一 个 Bmax值 ， 测 量 过 程 中 注 意 保 持 励磁 电 流 值 不 变 ， 记 录 数 据 并 作 出 磁 场 分 布 曲 线 图 。2、 测 量 亥 姆 霍 兹 线 圈 轴 上 磁 场 分 布（ 1） 关 掉 电 源 ， 把 磁 场 实 验 仪 的 两 组 线 圈 串 联 起 来 （ 注 意 极 性 不 要 接 反 ） ，接 到 磁 场 测 试 仪 的 输 出 端 钮 ， 调 零 。（ 2） 调 节 磁 场 实 验 仪 的 输 出 功 率 ， 使

5、励 磁 电 流 有 效 值 为 I=200A， 以 圆 电 流线 圈 中 心 为 坐 标 原 点 ， 每 隔 10.00mm 测 一 个 Bmax值 ， 测 量 过 程 中 注 意 保 持 励 磁电 流 值 不 变 ， 记 录 数 据 并 作 出 磁 场 分 布 曲 线 图 。五 、 实 验 数 据 及 处 理1、 圆 电 流 线 圈 轴 线 上 磁 场 分 布 的 测 量 数 据 记 录 （ 注 意 坐 标 原 点 设 在 圆 心 处 ，要 求 列 表 记 录 ， 表 格 中 包 括 测 点 位 置 ， 并 在 表 格 中 表 示 出 各 测 点 位 置 对 应 的 理 论值 ） ， 在 坐

6、 标 纸 上 画 出 实 验 曲 线 。一 半 径 为 R， 通 以 电 流 I 的 圆 线 圈 ， 轴 线 上 磁 场 的 公 式 为 ： 2322 201 X2 R INRB 式 中 ： 500 匝 ， 线 圈 有 效 半 径 为 105mm， I=200mA， 两 线 圈 中 心 间 距 为105mm。 圆 电 流 线 圈 轴 上 磁 场 分 布 如 下 表 所 示 。坐 标 值 /mm 实 验 B 值 /mT 理 论 B 值 /mT 偏 差 /mT-60 0.381 0.3917 0.0107-50 0.428 0.4404 0.0124-40 0.471 0.4883 0.0173-

7、30 0.507 0.5320 0.0250-20 0.538 0.5672 0.0292-10 0.557 0.5903 0.03330 0.563 0.5984 0.025310 0.553 0.5903 0.037320 0.530 0.5672 0.037230 0.494 0.5320 0.038040 0.456 0.4883 0.032350 0.414 0.4404 0.026460 0.367 0.3917 0.0247可 画 出 交 叠 图 如 图 所 示 。理 论 B 值 比 实 验 B 值 略 大 一 些 。2、 亥 姆 霍 兹 线 圈 轴 线 上 的 磁 场 分 布

8、的 测 量 数 据 记 录 （ 注 意 坐 标 原 点 设 在 两个 线 圈 圆 心 连 线 的 的 中 心 O 处 ） ， 在 方 格 坐 标 纸 上 画 出 实 验 曲 线 。当 两 线 圈 分 别 同 以 电 流 I 时 ， 产 生 的 磁 感 应 强 度 分 别 是 ：2322 201 22 xRR INRB 2322 202 22 xRR INRB 合 成 磁 感 应 强 度 ：2322 202322 2021 2222 xRR INRxRR INRBBB 在 坐 标 原 点 ， 磁 感 应 强 度 为 ： RNIB 0230 58 式 中 ： 500 匝 ， 线 圈 有 效 半 径

9、 为 105mm， I=200mA， 两 线 圈 中 心 间 距 为105mm。 亥 姆 霍 兹 线 圈 轴 上 磁 场 分 布 如 下 表 所 示 。下 表 中 坐 标 值 单 位 为 mm， 实 验 B 值 与 理 论 B 值 单 位 均 为 mT。偏 差 /mT实 验 B值 /mT 坐 标 值 /mm 理 论 B值 /mT 坐 标 值 /mm 实 验 B值 /mT 偏 差 /mT0.0039 0.427 -115 0.4231 115 0.428 0.00490.0494 0.450 -110 0.4994 110 0.454 0.04540.0547 0.507 -100 0.5617

10、 100 0.511 0.05070.0590 0.568 -90 0.6270 90 0.569 0.05800.0601 0.625 -80 0.6851 80 0.628 0.05710.0652 0.674 -70 0.7392 70 0.681 0.05920.0599 0.724 -60 0.7839 60 0.729 0.05490.0511 0.766 -50 0.8171 50 0.767 0.05010.0437 0.795 -40 0.8387 40 0.790 0.04870.0404 0.810 -30 0.8504 30 0.807 0.04340.0401 0.8

11、15 -20 0.8551 20 0.816 0.03910.0373 0.819 -10 0.8563 10 0.820 0.03630.0304 0.826 0 0.8564 0 0.826 0.0304可 画 出 交 叠 图 如 图 所 示 。理 论 B 值 比 实 验 B 值 略 大 一 些 。六 、 误 差 分 析实 验 作 图 与 理 论 作 图 基 本 一 致 ， 但 理 论 值 比 实 验 值 略 大 ， 产 生 误 差 的 原 因 ： 仪 器 本 身 的 系 统 误 差 ； 读 数 时 仪 器 数 字 跳 跃 不 稳 定 的 误 差 ； 地 磁 场 ， 空 间 磁 场 以 及

12、 建 筑 磁 场 引 起 的 误 差 ， 亥 姆 霍 兹 线 圈 实 验 时 并 未 调 零 ， 产 生 误 差 等 等 。七 、 思 考 题 单 线 圈 轴 线 上 磁 场 的 分 布 规 律 如 何 ？ 亥 姆 霍 兹 线 圈 是 怎 样 组 成 的 ？ 其 基本 条 件 有 哪 些 ？ 它 的 磁 场 分 布 特 点 又 是 怎 样 的 ？答 ： 单 线 圈 轴 线 上 磁 场 分 布 规 律 和 亥 姆 霍 兹 线 圈 磁 场 分 布 见 上 文 图 例 。 亥姆 霍 兹 线 圈 由 励 磁 线 圈 架 部 分 和 磁 场 测 量 仪 部 分 组 成 ， 基 本 条 件 是 两 个 相

13、 同 线 圈彼 此 平 行 且 共 轴 ， 使 线 圈 上 通 以 同 方 向 电 流 I。 可 得 到 理 论 计 算 证 明 ： 线 圈 间 距a 等 于 线 圈 半 径 R 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 。 分 析 用 霍 尔 效 应 测 量 磁 场 时 ， 当 流 过 线 圈 中 的 电 流 为 零 时 ， 显 示 的 磁 场值 不 为 零 ？答 ： 因 为 空 间 内 无 时 无 刻 不 存 在 磁 场 ， 还 有 地 磁 场 和 建 筑 磁 场 的 存 在 ， 会使 得 磁 场 值 不 为 零 。 分 析 圆 电 流 磁 场 分 布 的 理 论 值 与 实 验 值 的 误 差 的 产 生 原 因 。答 ： 地 球 磁 场 的 干 扰 ， 电 阻 温 度 系 数 的 干 扰 ， 仪 器 误 差 （ 如 KH 或 n 的 数值 不 是 很 精 确 ） ， 实 验 操 作 误 差 等 都 可 能 是 误 差 产 生 的 原 因 。九 、 参 考 文 献 大 学 物 理 实 验 第 二 版 方 利 广 编十 、 附 上 原 始 数 据（ 原 始 数 据 附 于 下 一 页 ）