測螺線管磁場試驗報告記錄

1、測螺線管磁場實驗報告記錄作者:日期:7測螺線管磁場實驗原理圖1圖1是一個長為21 ,匝數為N的單層密繞的直螺線管產生的磁場。當導線中流過電流I時，由畢奧薩伐爾定律可以計算出在軸線上某一點P的磁感應強度為式中用=4cxlO'兇，工 " M為單位長度上的線圈匝數，R為螺線管半徑，x為P 點到螺線管中心處的距離。在 SI單位制中，B的單位為特斯拉（T）。圖1同時給出B 隨x的分布曲線。磁場測量的方法很多。其中最簡單也是最常用的方法是基于電磁感應原理的探測線 圈法。本實驗采用此方法測量直螺線管中產生的交變磁場。下圖是實驗裝置的實驗裝置 的示意圖。圖2當螺線管A中通過一個低頻的交流電流

2、i(t) = I 0sint時，在螺線管內產生一個與電流成正比的交變磁場 B=C pi=B osin 3 t其中G是比例常數，把探測線圈 A1放到螺線管內部或附近， 在A1中將產生感生電動勢，其大小取決于線圈所在處磁場 的大小、線圈結構和線圈相對于磁場的取向。探測線圈的尺寸比較小，匝數比較多。若 其截面積為S1,匝數為N1,線圈平面的法向平面與磁場方向的夾角為8 ,則穿過線圈的磁通鏈數為：W = NiSBcos 9根據法拉第定律，線圈中的感生電動勢為:-= 一跖凡噂")=一跖& cos6 50 cos通常測量的是電壓的有效值，設 E(t)的有效值為V, B(t)的有效值為B,

3、則有/=砧必改口一由此得出磁感應強度：£ =P |7vls2冗 ,圾：/8£日其中ri是探測線圈的半徑，f是交變電源的頻率。在測量過程中如始終保持 A和Ai在同 一軸線上，此時 始5日=1 ,則螺線管中的磁感應強度為2霓際汽在實驗裝置中，在待測螺線管回路中串接毫安計用于測量螺線管導線中交變電流的有效值。在探測線圈Ai兩端連接數字毫伏計用于測量 Ai中感應電動勢的有效值。使用探測線圈法測量直流磁場時，可以使用沖擊電流計作為探測儀器，同學們可以參考沖擊電流計原理設計出測量方法。測螺線管磁場實驗內容1 .研究螺線管中磁感應強度 B與電流I和感生電動勢V之間的關系，測量螺線管 中的

4、磁感應強度。2 .測量螺線管軸線上的磁場分布。測螺線管磁場實驗儀器圖1 :測量螺線管內磁場實驗裝置全貌測量螺線管內磁場實驗儀器包括：銅導線螺線管、霍爾元件（軸向磁場探針）、（毫）特斯拉計、電流源。圖2:銅導線螺線管圖3 :霍爾元件（軸向磁場探針）上圖為軸向磁場探針，伸入螺線管中用于測量磁場強度，探針的另一端接在特斯拉計之上，由特斯拉計給出磁場強度的讀數。圖4 :（毫）特斯拉計給出磁場強度的讀數。與測量直流導體外磁場中使用的特斯拉計相似電流源5為銅導線螺線管供電使用72 .低頻信號發(fā)生器的使用1.探測線圈法測量磁場的線路設計與連接，包括單刀雙擲開關及交流毫伏計的、主窗口在系統主界面上選擇“螺線管

5、磁場及其測量實驗”并單擊，即可進入本仿真 實驗平臺，顯示平臺主窗口一一實驗室場景，看到實驗臺和實驗儀器。二、主菜單在主窗口上單擊鼠標右鍵，彈出主菜單。主菜單下還有子菜單。鼠標左鍵單 擊相應的主菜單項或子菜單項，則進入相應的實驗部分（圖1）。圖1實驗應按照主菜單的條目順序進行。2)1 .實驗簡介選擇主菜單的“簡介”并單擊可打開實驗簡介文檔（圖15圖2鼠標移到上面藍條處將顯示操作提示，雙擊即可返回實驗平臺。2 .實驗儀器選擇主菜單的“實驗儀器”并單擊可打開實驗儀器文檔，操作與查看實驗簡 介完全類似。3 .實驗原理包括子菜單項”實驗原理一”和“實驗原理二”。選中“實驗原理”的“實驗原理一”子菜單項并

6、單擊，將顯示實驗原理一， 如圖3。圖3用鼠標操作滾動條，可使畫面上下滾動。鼠標移到上面藍條處將顯示操作提示，雙擊可返回實驗平臺。選擇“實驗原理”的“實驗原理二”子菜單項并單擊，將顯示實驗原理二， 與“實驗原理一”操作相同。4 .實驗接線選擇“接線”并單擊進入接線界面。本實驗中晶體管毫伏表讀數會隨時間產 生漂移，所以做本實驗的關鍵是要對晶體管毫伏表經常短路調零以消除誤差。為方便計，宜加一單刀雙擲開關。正確接線圖（不止一種）可參見圖 4。圖4接線時選定一個接線柱，按住鼠標左鍵不放拖動，一根直導線即從接線柱引 出。將導線末端拖至另一個接線柱釋放鼠標， 即可連接這兩個接線柱。刪除兩個 接線柱的連線，可

7、將這兩個接線柱重新連接一次。接線完畢單擊鼠標右鍵彈出菜單，選擇“接線完畢”來判斷接線是否正確， 接線正確后才能開始實驗。選擇“重新接線”可刪除所有導線。5 .實驗內容接線正確后此菜單項才會有效。此菜單包括子菜單項“內容一”、“內容二” 和“內容三”。單擊子菜單項“內容一”即可進入實驗內容一進行實驗，如圖 5,儀器的基本操作方法(1) 旋鈕的操作方法：所有的旋鈕，其操作方法是一致的，即：用鼠標右鍵單擊，則旋鈕順時針旋轉；用鼠標左鍵單擊，則旋鈕逆時針旋轉。包括 旋鈕“輸出調節(jié)”，“調零旋鈕”，以及頻率調節(jié)。(2) 按鈕的操作方法：用鼠標左鍵單擊即可按下或彈起按鈕。包括“衰減”和“頻率倍乘”按鈕。(

8、3) 撥動開關的操作方法：操作非常簡單，用鼠標左鍵單擊開關即可改變開關的狀態(tài)。(4) 探測線圈的粗調和細調，單刀雙擲開關的操作和旋鈕的調節(jié)一樣。(5) 毫伏表“量程”的調節(jié)和開關的操作一樣。(6) 單刀雙擲開關的刀打到左邊是調零位置，可調節(jié)“調零旋鈕”調零；打到中間是斷路位置；打到右邊是測量位置，可以測量電路的電壓。在此界面的上部單擊鼠標右鍵將彈出主菜單， 做完實驗內容一后選擇實驗內 容二、實驗內容三繼續(xù)實驗。實驗時點擊“實驗參數”可打開實驗參數文檔，雙擊其上的藍條關閉此文檔; 點擊“實驗內容”打開實驗內容文檔，雙擊其上的藍條關閉此文檔；實驗時按實 驗內容文檔的步驟進行實驗，點擊“數據記錄及處理”打開數據處理窗口，將測 量數據記錄到相應的位置，數據處理窗口如圖 6。圖6輸入數據時在所要輸入的空格處單擊鼠標左鍵，再用鍵盤輸入數據即可。畫線時先在坐標圖上單擊鼠標左鍵描點，描點完畢點擊“畫線”可畫線，如 描點