亥姆霍茲線圈測(cè)磁場(chǎng)ppt課件

1、【預(yù)習(xí)重點(diǎn)】【預(yù)習(xí)重點(diǎn)】1. 畢奧薩伐爾定律、載流圓線圈在軸線上某點(diǎn)的磁畢奧薩伐爾定律、載流圓線圈在軸線上某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度公式。感應(yīng)強(qiáng)度公式。2. 亥姆霍茲線圈的組成及其磁場(chǎng)分布的特點(diǎn)。亥姆霍茲線圈的組成及其磁場(chǎng)分布的特點(diǎn)。 3. 霍爾效應(yīng)、霍爾傳感器原理。霍爾效應(yīng)、霍爾傳感器原理。 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹俊緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 測(cè)亥姆霍茲線圈在軸線上的磁場(chǎng)分布。測(cè)亥姆霍茲線圈在軸線上的磁場(chǎng)分布。2. 測(cè)載流圓線圈在軸線上的磁場(chǎng)分布，驗(yàn)證磁場(chǎng)疊加測(cè)載流圓線圈在軸線上的磁場(chǎng)分布，驗(yàn)證磁場(chǎng)疊加原理。原理。3. 比較兩載流圓線圈間隔不同時(shí)軸線上磁場(chǎng)分布情況。比較兩載流圓線圈間隔不同時(shí)軸線上磁場(chǎng)分布情況。 【實(shí)驗(yàn)原理

2、】【實(shí)驗(yàn)原理】一、圓線圈一、圓線圈 載流圓線圈在軸線經(jīng)過(guò)載流圓線圈在軸線經(jīng)過(guò)圓心并與線圈平面垂直的直線圓心并與線圈平面垂直的直線上磁場(chǎng)情況如圖。根據(jù)畢奧薩上磁場(chǎng)情況如圖。根據(jù)畢奧薩伐爾定律，軸線上某點(diǎn)的磁感伐爾定律，軸線上某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)強(qiáng)度B為為 B(x)xOINxRRB2/32220)(2而圓心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為而圓心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 INRB200二、亥姆霍茲線圈二、亥姆霍茲線圈 亥姆霍茲線圈是一對(duì)彼此平亥姆霍茲線圈是一對(duì)彼此平行且連通的共軸圓形線圈，每一行且連通的共軸圓形線圈，每一線圈線圈N匝，兩線圈內(nèi)的電流方向匝，兩線圈內(nèi)的電流方向一致，大小一樣，線圈之間間隔一致，大小一樣，線圈之間

3、間隔d正好等于圓形線圈的平均半正好等于圓形線圈的平均半徑徑 。 RB(x)xO 設(shè)設(shè)x為亥姆霍茲線圈中軸線為亥姆霍茲線圈中軸線上某點(diǎn)離中心點(diǎn)上某點(diǎn)離中心點(diǎn)O處的間隔，處的間隔，那么亥姆霍茲線圈軸線上任一那么亥姆霍茲線圈軸線上任一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B為為 3/ 23/ 22222201222RRBN I RRxRx 而在亥姆霍茲線圈軸線上中心而在亥姆霍茲線圈軸線上中心O處磁感應(yīng)強(qiáng)度處磁感應(yīng)強(qiáng)度大小大小Bo為為003/285N IBR三、雙線圈三、雙線圈 假設(shè)線圈間距假設(shè)線圈間距d不等于不等于 。設(shè)。設(shè)x為雙線圈為雙線圈中軸線上某點(diǎn)離中心點(diǎn)中軸線上某點(diǎn)離中心點(diǎn)O處的間隔，那么雙處

4、的間隔，那么雙線圈軸線上任一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小線圈軸線上任一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B為為R3/23/22222201222ddBN I RRxRx 四、霍爾效應(yīng)、霍爾傳感器四、霍爾效應(yīng)、霍爾傳感器1. 霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng) dFeFmIdUHAABdvmFeFb 把一塊寬為把一塊寬為b，厚為，厚為d的導(dǎo)電板放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為的導(dǎo)電板放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，并在導(dǎo)電板中通以縱向電流的磁場(chǎng)中，并在導(dǎo)電板中通以縱向電流I ，此時(shí)在板的，此時(shí)在板的橫向兩側(cè)面橫向兩側(cè)面A、A,之間就呈現(xiàn)出一定的電勢(shì)差，這一景之間就呈現(xiàn)出一定的電勢(shì)差，這一景象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電勢(shì)差象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電勢(shì)差UH稱霍爾

5、電壓。稱霍爾電壓。 HHIBURdRH稱為霍爾系數(shù) 2. 霍爾傳感器霍爾傳感器 HHHIBURK IBd并且傳感器的義務(wù)電流已設(shè)定為規(guī)范義務(wù)電流并且傳感器的義務(wù)電流已設(shè)定為規(guī)范義務(wù)電流定值。即定值。即KHIK常數(shù)常數(shù) UHKB 所以由所以由UH值可得出值可得出B的示值。的示值。 【實(shí)驗(yàn)儀器】【實(shí)驗(yàn)儀器】一、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)一、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)二、高靈敏度毫特計(jì)二、高靈敏度毫特計(jì)三、數(shù)字式直流穩(wěn)流電源三、數(shù)字式直流穩(wěn)流電源 1、毫特斯拉計(jì)、毫特斯拉計(jì) 2、電流表、電流表 3、直流電流源、直流電流源 4、電流調(diào)理旋鈕、電流調(diào)理旋鈕 5、調(diào)零旋鈕、調(diào)零旋鈕 6、傳感器插頭、傳感器插頭 7、固定架、固定架 8、霍爾傳

6、感器、霍爾傳感器 9、大理石、大理石 10、線圈、線圈 A、B、C、D為接線柱為接線柱【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】一、丈量前預(yù)備一、丈量前預(yù)備1. 銜接電路，接通電源，開機(jī)預(yù)熱銜接電路，接通電源，開機(jī)預(yù)熱10分鐘以上。分鐘以上。2. 用鋁尺和鋼板尺調(diào)整兩線圈位置，使兩線圈共用鋁尺和鋼板尺調(diào)整兩線圈位置，使兩線圈共軸且軸線與臺(tái)面中心橫刻線重合，兩線圈間隔為軸且軸線與臺(tái)面中心橫刻線重合，兩線圈間隔為R=10.00cm(線圈半徑線圈半徑)，即組成一個(gè)亥姆霍茲線圈，即組成一個(gè)亥姆霍茲線圈.3. 熟習(xí)傳感器的放置方法。熟習(xí)傳感器的放置方法。二、單線圈軸線上各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的丈量二、單線圈軸線上各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的

7、丈量 1. 單線圈單線圈a軸線上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度軸線上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Ba 按圖接線直流穩(wěn)流電源中數(shù)字電流表已串按圖接線直流穩(wěn)流電源中數(shù)字電流表已串接在電源的一個(gè)輸出端，只給單線圈接在電源的一個(gè)輸出端，只給單線圈a通電，旋通電，旋轉(zhuǎn)電流調(diào)理旋紐，令電流轉(zhuǎn)電流調(diào)理旋紐，令電流I為為100mA。取臺(tái)面中心。取臺(tái)面中心為坐標(biāo)原點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O，經(jīng)過(guò)，經(jīng)過(guò)O的橫刻線為的橫刻線為OX軸。把傳感軸。把傳感器探頭從一側(cè)沿器探頭從一側(cè)沿OX軸挪動(dòng)軸挪動(dòng),每挪動(dòng)每挪動(dòng)1.00cm測(cè)一磁測(cè)一磁感應(yīng)強(qiáng)度感應(yīng)強(qiáng)度Ba，測(cè)出一系列與坐標(biāo)，測(cè)出一系列與坐標(biāo)x對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度度Ba .丈量區(qū)域?yàn)檎闪繀^(qū)域?yàn)?0c

8、m+10cm。 實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)留意毫特計(jì)探頭沿線圈軸線挪動(dòng)，實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)留意毫特計(jì)探頭沿線圈軸線挪動(dòng)，每丈量一個(gè)數(shù)據(jù)，必需先在直流電流輸出電路斷每丈量一個(gè)數(shù)據(jù)，必需先在直流電流輸出電路斷開時(shí)開時(shí)I=0調(diào)零后，才丈量和記錄數(shù)據(jù)。調(diào)零后，才丈量和記錄數(shù)據(jù)。 2. 單線圈單線圈b軸線上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度軸線上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bb 只給單線圈只給單線圈b通電，旋轉(zhuǎn)電流調(diào)理旋紐，令電流通電，旋轉(zhuǎn)電流調(diào)理旋紐，令電流I為為100mA。以上述同樣的丈量方法，測(cè)出一系列。以上述同樣的丈量方法，測(cè)出一系列XBb數(shù)據(jù)。丈量區(qū)域?yàn)閿?shù)據(jù)。丈量區(qū)域?yàn)?10cm+10cm。 3. 在軸線上某點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)毫特計(jì)探頭，察看一下該在軸線上某

9、點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)毫特計(jì)探頭，察看一下該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向：轉(zhuǎn)動(dòng)探頭觀測(cè)毫特計(jì)的讀數(shù)點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向：轉(zhuǎn)動(dòng)探頭觀測(cè)毫特計(jì)的讀數(shù)值，讀數(shù)最大時(shí)傳感器法線方向，即是該點(diǎn)磁感應(yīng)值，讀數(shù)最大時(shí)傳感器法線方向，即是該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度方向。強(qiáng)度方向。三、雙線圈軸線上各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度丈量三、雙線圈軸線上各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度丈量 1. 令兩線圈串連，流過(guò)的電流方向一致紅黑令兩線圈串連，流過(guò)的電流方向一致紅黑接線柱交錯(cuò)相接，組成亥姆霍茲線圈。然后，旋接線柱交錯(cuò)相接，組成亥姆霍茲線圈。然后，旋轉(zhuǎn)電流調(diào)理旋紐，在同樣電流轉(zhuǎn)電流調(diào)理旋紐，在同樣電流I=100mA條件下，測(cè)條件下，測(cè)軸線上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度軸線上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度BR值丈量方法

10、同上。得值丈量方法同上。得出的一系列出的一系列XBR數(shù)據(jù)。丈量區(qū)域?yàn)閿?shù)據(jù)。丈量區(qū)域?yàn)?10cm+10cm。 2. 分別把雙線圈間間隔調(diào)整為分別把雙線圈間間隔調(diào)整為d=R/2和和d=2R并丈量在電流為并丈量在電流為I=100mA時(shí)軸線上各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)時(shí)軸線上各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度值。丈量方法同上。并將得出的度值。丈量方法同上。并將得出的X 、XB2R數(shù)據(jù)。丈量區(qū)域?yàn)閿?shù)據(jù)。丈量區(qū)域?yàn)?10cm+10cm。2RB【數(shù)據(jù)處置】【數(shù)據(jù)處置】 1. 將測(cè)得的單、雙線圈中心點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與將測(cè)得的單、雙線圈中心點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與實(shí)踐公式計(jì)算結(jié)果相比較，看能否一致。實(shí)踐公式計(jì)算結(jié)果相比較，看能否一致。 2. 用直角坐標(biāo)紙，在同一坐標(biāo)系作用直角坐標(biāo)紙，在同一