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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
2、结构，线圈转动惯量较大，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,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,冲击电流计的读数系统为镜尺装置，
3、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.,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
4、直螺线管,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,互感器装置,倒向开关,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
5、）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
6、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,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,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。,电路中各元件的
7、作用：,G 冲击电流计 A 毫安表，量程500mA、250mA M 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，电流计的外临界电阻,1、标定Cb,K1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
8、,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，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,2、螺线管磁场分布测定,(2)移动探测线圈螺线管磁场分布,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,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。,结束,
