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1、用冲击电流计 测螺线管内磁场兰州理工大学物理实验中心用冲击电流计测螺线管内磁场磁场的测量是物理实验的一个重要方 面。测量磁场的方法很多，有电磁感应法 、旋光效应法、霍尔效应法等。用冲击电 流计测量磁场是电磁感应法的一种。由于 所用仪器结构简单，操作方便，并具有一 定的精度，能满足一般的测磁要求，所以 是测磁技术中的一种常用方法，通常用于 对恒定磁场的测量。其测量原理也是测量 磁通量、磁化曲线、磁性材料参数等的基 本原理。实验仪器实验原理实验内容操作要点数据处理问题思考项目实验仪器待测直螺线管标准互感器倒向开关通用仪器冲击电流计冲击电流计冲击电流计是测量电量的仪器。由于其特殊 的结构，线圈转动惯
2、量较大，因此，当电流瞬间 通过线圈时，线圈的运动状态来不及发生变化。 电流停止后，线圈才以一定的角度摆动。线圈启 动后，立即受到各种反力矩的作用，线圈的运动 速度逐渐减小，当转动到最大位置时，瞬间停止 ，然后回复到初始位置，并在初始位置附近往返 摆动数次，最终停止。设通过冲击电流计的电流 ，则流过线圈的电流为：冲击电流计特点反射镜线圈冲击电流计结构示意图金属圆盘悬丝1、线圈转动灵活悬 丝结构。2、线圈转动惯量大 线圈短而宽，而且下面 还悬吊着金属圆盘。3、镜尺读数装置应 用光放大原理，提高读 数的准确度。镜尺装置光源变压器照明灯冲击电流计读数装置冲击电流计读数装置读数系统调整照明系统调整冲击电
3、流计的读数系统为镜尺装置，线圈 的悬丝上附有反射镜，镜尺装置处的灯光经450 分光镜反射照射到线圈的反射镜上，经反射镜 反射，射向读数标尺，在标尺上可看到中间有 一条黑线（读数准线）的光标。当线圈摆动时 ，带动反射镜偏转，则光标在标尺上移动。光 标的最大偏格数与线圈最大偏角称正比。即通 过线圈的电量q与光标最大偏格数n成正比. 为电流计冲击常数，与电流计 结构及外电路总电阻有关。式中待测直螺线管由较粗的漆包线绕制 而成，电阻很小。螺线管长度L、线圈匝 数N1、直径d1 已知；在螺线管外套有同轴 探测线圈，由细漆包线绕制，电阻较大 。匝数N2已知。在联接电路时切记不要 将两个线圈位置接错，否则会
4、损坏冲击 电流计。待测直螺线管各参数：L、d1、N1、 N2 值标注在直螺线管的铭牌上，实验时 须记录。待测直螺线管待测螺线管 螺线管 接线端探测线圈探测线圈 接线端螺线管 长度标尺转动手柄探测线圈 位置指针实验装置标准互感器互感系数确定，在实验中 用于电流计的冲击常数定标。标有H1 、 K1的一对端子为初级线圈；标有H2、K2 的一对端子为次级线圈，链接线路时须 注意。 本实验中所用的互感器互感系数M 为0.001H。标准互感器次级线圈接 线柱H2、K2初级线圈接 线柱H1、K1互感器装置倒向开关12ab双刀双掷开关将双刀双掷开关固定接线柱间交叉接线 ，则构成倒向开关，当双达倒向右侧，1与
5、a相连；倒向左侧，1与b相连，实现了电 流的倒向。通用仪器直流稳压电源直流毫安表电阻箱开关滑线变阻器相关内容清看变阻器特性 实验课件。直流电流（励磁电流）I1通过直螺线管， 在螺线管内建立起恒定磁场；当励磁电流瞬 间发生突变（例如由I 变为I、或变为0 ）时，螺线管内的磁场也发生突变（由+B 至-B，或至0）。变化的磁场在探测线圈内 产生感生电动势。由于探测线圈与电阻箱R2 、标准互感器次级线圈、冲击电流计线圈组 成闭合回路，则有电流流流过探测线圈，在 电流计中有电量q，使电流计线圈发生偏转 ，相应在标尺上看到光标移动n格。实验原理设R 为探测线圈回路的总阻值，励磁电 流由I 变为I，螺线管内
6、的磁感应强度由 B变为B，则式中：R 为探测线圈回路的总阻值Cb 为冲击电流计冲击常数n 为光标在标尺上移动的最大偏格数N 为螺线管的匝数（实际值为N1）S 为螺线管的截面积d1 为螺线管的直径（1 ）一、冲击常数标定当电路中接入标准互感器时并通以电 流，根据同样的原理，冲击电流计的线圈 内也会有电量，标尺上同样可看到光标的 移动，由次可得到冲击常数Cb 为实验内容互感系数 初级线圈中的电流与电流相应的光标最大偏格数次级线圈回路总阻值（2 ）二、测量螺线管内的磁场分布直螺线管内的磁场是均匀分布的，而螺 线管外的磁感应强度近似为零。对于有限长 直螺线管，在边缘处磁感应强度明显下降。 通过实验测量
7、螺线管的磁场分布情况，绘制 磁场分布曲线。在已标定冲击常数后，由（1）、（2）两 式可得到螺线管内的磁感应强度为（3）直螺线管内磁场的分布曲线具有下面的形状0实际测量时，以螺线管中心为0点 ，测到一侧的边缘外，绘图时根据对称 关系，作出完整的分布曲线。操作要点按照电路原理图连接电路，注 意电源极性和电表极性的配合。12电路中各元件的作用：G 冲击电流计A 毫安表，量程500mA、250mAM 标准互感器（为电流计定标）K1 倒向开关（双刀双掷），改变电流方向K2 单刀双掷开关，切换标准互感和螺线管K3 单刀单掷开关，电流计短路电键R1 滑线变阻器，限流作用，调节电流R2 电阻箱，电流计的外临界
8、电阻1、标定CbK1合向任意端，K2合向“1”端，K3打开。接通 电源，调节R1使电路中的电流 ， 反 复切换K1改变电流 的方向（由 或相反），记录光标偏转的格数 。共测量6次 。为消除因电流计线圈力矩不对称引起的误差， 每次测量都应使光标左右各偏转一次，记录数据 。所得数据求和取平均值 。2、测定直螺线管内的磁场分布K2 合向“2”端，电流改变为 ， 按上 述方法测量，在 处 测量6次，其 它各点 测量1次（均应左右各测1次）。注意倒向开关切换时，应从一侧立即倒向另一 侧，中间不能停顿，否则电流 就不是由 （ 或相反），而是由 或 。当光标偏转格数最大时立即记录。当光标返回接近“0”点使，
9、短路开关 K3闭合，使光标停下，不要让它越过平衡点 来回摆动。记录数据注意有效数字位数数据处理 一、根据所测数据作Bx图线由于B正比于偏格数n，可作nx图线 。用坐标纸作图，由图上确定n0及n/2 值.0数据记录表格 1、冲击电流计定标次数(i )123456平均 / /2、螺线管磁场分布测定次数（i）123456平均 / /(2)移动探测线圈螺线管磁场分布2.04.06.08.09.010.011.011.512.012.5次 数123456平均/二、计算螺线管中点及边缘处的B 值并与理论值进行比较 由图线上取得的n0及n/2值，用公式（3 ）计算B0及Bl/2值。与理论值比较：三、计算不确定度计算螺线管中点及边缘处的磁感应强度 的不确定度，给出最后结果。问题思考n 怎样应用冲击电流计和电容的 充放电测量高电阻？清你设计一个 实验电路。
