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1、实验二 测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场亥姆霍兹线圈磁场测定实验是物理实验中的典型实验，通过该实验可以学习和掌握弱磁场的测量方法，证明磁场叠加原理，描绘磁场分布。一、实验目的1测量单个圆线圈轴上的磁场分布；2测量线圈、单独在轴线上某点产生的磁感应强度、以及亥姆霍兹线圈在此点产生的磁感应强度，并验证+=；3测量亥姆霍兹线圈间距为时，轴上的磁场分布；4测量单个圆线圈圆心处轴上的磁场分布。 二、实验原理1通电圆线圈轴线上的磁场分布设圆线圈的半径为，匝数为，在通以电流时，则线圈轴线上一点的磁感应强度等于： （1）式中为真空磁导率，为点坐标，原点在线圈中心，线圈轴线上磁场与的关系，如图1所示。图1 通电圆
2、线圈曲线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、匝数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，如图2所示，坐标原点取在二线圈中心连线的中点。图2 亥姆霍兹线圈结构 图3 亥姆霍兹线圈曲线给二线圈通以同方向、同大小的电流，它们在轴上任一点产生的磁场的方向将一致，线圈对点的磁感应强度等于： （2）线圈对点的磁感应强度等于： （3）在点处、的合场强等于： （4）由式（4）可以看出，是的函数，公共轴线中点处值为：很容易算出在处和处两点值的相对差异约为0.012%，在理论上可以证明，当二线圈的距离等于半径时，在原点O附近的磁场非常均匀，图3为曲线。三、实验器件T
3、HQHC-1型 亥姆霍兹线圈磁场测量实验仪四、实验步骤仪器需要开机预热30分钟，并对特斯拉计调零后，才能进行实验测量。(一) 轴（线圈轴心）磁场分布的测量1单个圆线圈轴磁场分布的测量使线圈的中心线调到刻度标尺的适当位置，另一个线圈放置在一边。调节线圈励磁电流电位器，把励磁电流调节到100mA。移动滑块，使滑块的中心对准线圈的中心线处。记下此时磁场的大小（此处磁场最大），然后把滑块往左或右移动，每隔测量一次，把所测得的数据填入表（1）。表（1）单个圆线圈轴磁场分布数据(选0点、+5点、-5点比较理论值和实测值，计算绝对误差)坐标/厘米-10-9-8-7-6-5-4-3-2-10磁场/毫特坐标/厘
4、米12345678910磁场/毫特要求：选0点、+5点、-5点比较理论值和实测值，计算绝对误差。2验证磁场叠加原理使线圈的中心线对准刻度标尺的处，使线圈的中心线对准刻度标尺的处；调节线圈励磁电流电位器，把励磁电流调节到100mA；移动滑块，使滑块的中心线对准线圈A和线圈B的中点处（此处磁场最强），分别记下此时线圈、单独在此点产生的磁感应强度、以及亥姆霍兹线圈在此点产生的磁感应强度，然后把滑块左或右移动，每隔1cm测量一次，把所测得的数据填入下表（2）。表格（2）磁场叠加数据坐标/厘米/毫特/毫特+/毫特/毫特绝对误差-5-4-3-2-1012345(二) 轴磁场分布的测量单个圆线圈轴磁场分布的
5、测量使线圈的中心线对准刻度标尺的适当位置处，线圈放置在一边不用，调节线圈励磁电流电位器，把励磁电流调节到0.5A；移动滑块，使滑块的中心线对准线圈的中心处。然后移动滑块，使滑块的中心线对准刻度标尺的中心处，记下此时磁场的大小，然后把块往前后移动，每隔测量一次，把所测得的数据填入下表（6）。表（3）单个圆线圈轴磁场测量数据坐标/厘米-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5磁场/毫特五、实验数据处理1根据表格（1）中的实验数据，绘制单个圆线圈轴方向的磁场分布曲线；2根据表格（2）中的实验数据，验证磁场叠加原理；3根据表格（3）中的实验数据，绘制单个圆线圈轴方向的磁场分布曲线；六、思
6、考题1. 为什么每测量一点的磁感应强度，都要对特斯拉计进行调零？2. 亥姆霍兹线圈的磁场分布有何特点？附录 THQHC-1型 亥姆霍兹线圈磁场测定仪使用说明书THQHC-1型 亥姆霍兹线圈磁场测定仪是一套测量磁场分布的实验仪器，不仅可以测量单个线圈的磁场分布，还可以测量两个线圈的磁场分布，同时可以验证磁场的叠加原理和验证亥姆霍兹线圈磁场的均匀性。本实验装置包括：亥姆霍兹线圈（两个线圈，都可以移动），线圈激励恒流源，霍尔探测器，特斯拉计。通过该实验仪器可以使学生学习和掌握亥姆霍兹线圈磁场分布和弱磁场测量方法，并证明磁场的叠加原理。THQHC-1型 亥姆霍兹线圈磁场测定仪采用先进的型集成霍尔传感器
7、作探测器，用直流电压表测量传感器输出电压，探测亥姆霍兹线圈产生的磁场，仪器结构牢固可靠，实验内容丰富。一、 仪器结构仪器测试仪面板如图4所示：图4 亥姆霍兹线圈磁场测定仪面板结构仪器实验仪机构如图5所示：主要包括：导轨，线圈A，线圈B，滑块1，滑块2，丝杆，手轮，探头等。线圈距离可以调节，丝杆结构可以实现线圈的两维测量。图5 亥姆霍兹线圈磁场测定仪机械结构二、 技术参数1 测试仪（1）霍尔传感器电源：5V；（2）特斯拉计：020.00GS，精度0.1GS；（3）线圈激励恒流源：0950mA连续可调，精度1mA；2 实验仪（1）导轨：长度40cm，标尺显示精度1mm；（2）滑块，长度6cm；（3）亥姆霍兹线圈，半径10cm；（4）霍尔探测器调节架：可以轴、轴两维调节亥姆霍兹线圈轴方向调节范围25cm，精度1mm。亥姆霍兹线圈轴方向调节范围 8cm，精度1mm。（5）霍尔探测器：型集成霍尔传感器 三、注意事项测量各个点的磁感应强度时应该注意：1 开机后，应该至少预热30分钟，再进行实验；2 在精确测量磁场时，每一次更换测量点，都应该断开线圈电路，在电流为零时调零，然后接通线圈电路，进行测量和读数；调零的作用是抵消地磁场的影响及对其他不稳定因素的补偿。5
