大學(xué)物理實驗-何亞磊2

《大學(xué)物理實驗-何亞磊2》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、物理仿真實驗報告班級：機(jī)自22學(xué)號：2120101030姓名：何亞磊2013.11.26實驗名稱：測螺線管磁場一、實驗?zāi)康模簩W(xué)習(xí)測量交變磁場的一種方法，加深理解磁場的一些特性及電磁感應(yīng)定律。二、實驗儀器：銅導(dǎo)線螺線管、霍爾元件（軸向磁場探針）、（毫）特斯拉計、電流源。三、實驗原理：圖1是一個長為2l，匝數(shù)為N的單層密繞的直螺線管產(chǎn)生的磁場。當(dāng)導(dǎo)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(diǎn)P的磁感應(yīng)強(qiáng)度為式中，為單位長度上的線圈匝數(shù)，R為螺線管半徑，x為P點(diǎn)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

2、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(yīng)原理的探測線圈法。本實驗采用此方法測量直螺線管中產(chǎn)生的交變磁場。下圖是實驗裝置的實驗裝置的示意圖。當(dāng)螺線管A中通過一個低頻的交流電流i(t)=I0sinωt時，在螺線管內(nèi)產(chǎn)生一個與電流成正比的交變磁場B(t)=Cpi(t)=B0sinωt其中Cp是比例常數(shù)，把探測線圈A1放到螺線管內(nèi)部或附近，在A1中將產(chǎn)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(jié)構(gòu)和線圈相對于磁場的取向。探測線圈的尺寸比較小，匝數(shù)比較多。若其截面積為S1，匝數(shù)為N1，線圈平面的法向平面與磁場方向的夾角為θ，則穿過線圈的磁通鏈數(shù)為

3、:Ψ=N1S1B(t)cosθ根據(jù)法拉第定律，線圈中的感生電動勢為：通常測量的是電壓的有效值，設(shè)E(t)的有效值為V，B(t)的有效值為B，則有，由此得出磁感應(yīng)強(qiáng)度：其中r1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A1在同一軸線上，此時，則螺線管中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為在實驗裝置中，待測螺線管回路中串接毫安計用于測量螺線管導(dǎo)線中交變電流的有效值。在探測線圈A1兩端連接數(shù)字毫伏計用于測量A1中感應(yīng)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(xué)們可以參考沖擊電流計原理設(shè)計出測量方法。一、實驗內(nèi)容及操作步驟：1．研究螺

4、線管中磁感應(yīng)強(qiáng)度B與電流I和感生電動勢V之間的關(guān)系，測量螺線管中的磁感應(yīng)強(qiáng)度。2．測量螺線管軸線上的磁場分布。二、實驗數(shù)據(jù)及處理：螺線管F參數(shù)：直徑2R：32.50mm；長度2L：30.00cm；總匝數(shù)N：3860匝探測線圈F1參數(shù)：直徑2r1:21.00mm；總匝數(shù)N1:335匝1、從測量結(jié)果中可以得到，基本上V與電流I與頻率f的乘積成正比。方法一：X=0cm,f=750Hz,I=25.0mAB=0.0004T；X=Lcm,f=750Hz,I=25.0mAB=0.0002T方法二：X=0cm,f=750Hz,I=25.0mAB=0.0004T；X=Lcm,f=7

5、50Hz,I=25.0mAB=0.0002T優(yōu)缺點(diǎn)：公式一需要測得電流I，x就可以得到結(jié)果，而公式二需要測得V，f。I，x相對于V，f更容易測得，但是x得測量誤差可能較大。結(jié)果討論：兩種方法所得結(jié)果基本一致。1、根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，V(x)~x曲線就是相應(yīng)的B（x）~x曲線。2、把x=L和x=0帶入得B（x=L）/B(x=0)=1/2由可得V（x=L）/V(x=0)=1/2由曲線也很容易驗證這一點(diǎn)。F，F(xiàn)1互換前：F，F(xiàn)1互換后：V（V）=X（cm）=I（mA）=f（Hz）=X（cm）=V（V）=兩次測得值一樣，因為由互感現(xiàn)象可知，F(xiàn)、F1交換接線后，只要f、

6、I、x不變，V值就不變，所以兩次測得值一樣。六、誤差分析：1、測量裝置或?qū)嶒灧椒ǖ娜毕荨＠?探測線圈的形狀等由廠家給定,標(biāo)準(zhǔn)互感器的定標(biāo)有誤等。1、由畢奧—薩伐爾定律簡單計算出的螺線管磁場公式與實際螺線管不符合,實驗與理論公式存在偏離。考察實驗裝置后,不難發(fā)現(xiàn),實際繞制的螺線管是不能滿足剛才所說的那種簡單疊加的。因為實際任何螺線管、無論繞制多么緊密,都不能保證是絕對的平面圓線圈靠接而成,每匝線圈的繞制必須是螺旋前進(jìn)的,如果線徑比較粗,則螺距較大,此時的螺線管就不能看作是通常計算公式的簡單描述情況。