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1、實驗四螺線管中磁場實驗一、實驗目的：利用電流天平測量載流螺線管中的磁場與電流關係。二、實驗原理：將通電的電流天平一端置於通電的螺線管中，因為螺線管磁場的作用，讓電流天平的導線受到一個向下的磁力；電流天平的另一端位於螺線管外，放置砝碼，當砝碼受到的重力與螺線管中通有電流的導線受到的磁力相等時，天平會達到平衡，便可經由砝碼受到的重力與通過電流天平的電流大小，求出螺線管內的磁場B。電流天平的構造如上圖所示，為一絕緣板，中間有兩支點連接著板上電路，放在一支座上，調節兩支點使電路板成水平，即電流天平。U 型印刷使用時，將電流天平 U 型電路部份插入空心螺線管中，兩者均通電，則螺線管的電流 I 2 會產生
2、一個磁場 B，調整電流的流向，使磁場方向朝右，而 U 型電路的電流 I 1 則由下方流向上方，受到磁場 B 的作用後，產生一向下之磁力 FB，即FBI 1LB其中 L 為 U 型電路與磁場垂直部分的寬度。要測量此作用力 FB 的大小，可在電流天平的另一端加上重物，使之恢復平衡，此時重力 Fg = g 等於磁力 FB，所以BMg( g 9.8 m/s2 )(1)I1 L而螺線管中的磁場 B 為載流導線所產生，若流過的電流為I2，則可由式 (2)計算得到螺線管中的磁場 B：B0I 2n(0 4 10 7 Wb/A m )(2)其中 n 為螺線管單位長度的匝數，故知螺線管中的磁場B 與電流 I2 成
3、正比。三、實驗儀器：電流天平、空心螺線管、直流電源供應器二臺、砝碼（以方格紙製作） 、導線、尺。四、實驗步驟：1. 測量電流天平 U 型電路的寬度 L。2. 將電流天平放在支柱上，調整位置，使得電流天平呈水平狀態。至於是否水平可由底座所附的指示刻劃顯示出來。3. 小心的將空心螺線管套在 U 型電路，使電路不與管壁接觸。連接電路的電流方向，使 U 型電路在磁場中會受到向下的磁力。4. 接上電流，使通過電流天平的電流為 2 A。5. 小心地將以方格紙剪成的砝碼放在電流天平的外側端，再緩慢調整通過螺線管的電流，使電流天平回到水平狀態。記錄此時所放置的砝碼以及通過螺線管的電流。6. 每次加上一個砝碼，
4、重覆步驟 5，共計 10 次。7. 將 L 與 M，代入式 (1)，算出磁場 B。以 M 為橫坐標， B 為縱坐標，將數據點描繪在方格紙上，驗證是否成一直線。8. 將電流天平的電流調至 3 A，重覆步驟 5 到步驟 7 的操作。9. 查看螺線管上標示的總匝數 N，並測量螺線管長度 l ，算出螺線管單位長度之匝數 n。10. 將步驟 7 求得的磁場 B，以及螺線管電流 I2 代入式 (2)，得到螺線管單位長度之匝數 n 的實驗值。注意事項：實驗所使用之砝碼，需以方格紙自製。五、問題與討論：1. 分析此實驗可能產生誤差的原因。2. 推導出理想螺線管內的磁場公式。3. 若固定螺線管電流，改為變化電流天平的電流與砝碼，在實驗上有何影響？物理實驗記錄表格實驗四、螺線管中磁場實驗實驗時間：年月日姓名：_天平 U 形電路寬度螺線管總匝數螺線管長度螺線管單位長匝數LNln = N/l螺線管磁場單位長的匝數天平電流 I1砝碼質量 M螺線管電流 I 2MgBBnI 1L0 I 22 A3 A單位長的匝數平均值
