實驗5赫姆霍茲線圈磁場分布研究THQHC-1

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1、實驗5赫姆霍茲線圈磁場分布研究一、實驗?zāi)康?．研究單個載流圓線圈軸線上磁場的分布，加深對比奧—薩法爾定律的理解2．掌握霍爾效應(yīng)法測量磁場的原理和方法3．考查赫姆霍茲線圈磁場的均勻區(qū)，兩個載流圓線圈軸線上磁場的疊加二、實驗室提供的儀器和用具THQHC-1赫姆霍茲線圈磁場試驗儀三、儀器簡介先關(guān)閉實驗箱的所有電源開關(guān)，磁場勵磁電流、霍爾勵磁電流調(diào)到最小，然后開啟電源總開關(guān)。實驗完畢，及時關(guān)閉電源總開關(guān)。四、實驗原理1．載流圓線圈軸線上的磁場分布設(shè)圓線圈的半徑為R，匝數(shù)為N。在通以電流I時，則線圈軸線上一點P的磁感應(yīng)強(qiáng)度B等于式中為真空磁導(dǎo)率，x為P點坐標(biāo)，原點在線圈中心，線圈軸

2、線上磁場B點與x的關(guān)系，如圖1所示2、赫姆霍茲線圈軸線上的磁場分布赫姆霍茲線圈時由一對半徑R、匝數(shù)為N均相同的圓線圈組成，二線圈彼此平行而且共軸，線圈間距離正好等于半徑R。如圖2所示，坐標(biāo)原點取在二線圈中心連線的中點O。給二線圈通以同方向、同大小的電流I，它們在軸上任一點P產(chǎn)生的磁場方向?qū)⒁恢拢珹線圈對P點的磁感應(yīng)強(qiáng)度BA等于（2）B線圈對P點的磁感應(yīng)強(qiáng)度BB（3）圖1B—x曲線圖P點的A、B磁感應(yīng)強(qiáng)度合場強(qiáng)（4）由（4）看出，B是x的函數(shù)，公共軸線中點x=0處B值（5）容易算出x=0處和x=R/10處兩點值相對差異為0.012%，在理論上可以證明，二線圈距離等于半徑時，

3、在原點O附近的磁場非常均勻。圖223、霍爾效應(yīng)法測磁場將通有電流I的導(dǎo)體置于磁場中，則在垂直于電流I和磁場B方向上將產(chǎn)生一個附加電流差UH，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，UH則稱為霍爾電壓，如圖所以N型半導(dǎo)體，若MN兩端加上電壓V，則有電流I沿X軸方向流動，此時在Z軸方向加以強(qiáng)度為B的磁場后，運(yùn)動著的電子受洛倫茲力的作用而偏移，聚集在S平面；同時隨著電子向S平面，當(dāng)電子受到的洛倫茲力和霍爾電壓場的反作用力。兩力達(dá)到平衡時就不能向下偏移，此時在上、下面間形成一個穩(wěn)定的電壓UH。五、實驗步驟1、單個載流圓線圈軸線上磁場分布的研究：（1）打開電源開關(guān)，將固定勵磁線圈開關(guān)打到斷，活動勵磁

4、線圈打到通，移動活動線圈，使其中心位置對準(zhǔn)刻度15cm處的位置。（2）調(diào)節(jié)線圈勵磁電流電位器，把勵磁電流調(diào)節(jié)到0.5A，霍爾勵磁電流調(diào)節(jié)到2mA。（3）移動霍爾傳感器，使霍爾傳感器的中心線對準(zhǔn)10cm刻度。記下此時霍爾測量電壓的大小，然后把霍爾傳感器往右移動，每隔1cm測量一次把所得的數(shù)據(jù)填如下表：以線圈中心坐標(biāo)為坐標(biāo)原點，作B—x曲線圖傳感器位置（cm）101112121314151617181920霍爾測量電壓（mv）2、兩個載流圓線圈軸線上磁場的疊加：(1).打開電源開關(guān)，將固定勵磁線圈和活動力磁線圈開關(guān)打到通，移動活動線圈，使其中心位置對準(zhǔn)刻度10cm的位置。(2

5、).調(diào)節(jié)線圈勵磁電流電位器，把勵磁電流調(diào)節(jié)到0.5A，霍爾勵磁電流調(diào)節(jié)到2mA。（3）移動霍爾傳感器，使霍爾傳感器的中心線對準(zhǔn)5cm刻度。記下此時霍爾測量電壓的大小，然后把霍爾傳感器往左右移動，每隔1cm測量一次把所得的數(shù)據(jù)填如下表。以二線圈中心連線的中點為坐標(biāo)原點，作B—x曲線圖傳感器位置（cm）0123456789101112131415霍爾測量電壓（mv）(4)移動活動線圈，使其中心位置對準(zhǔn)面板上刻度20cm的位置。(5).調(diào)節(jié)線圈勵磁電流電位器，把勵磁電流調(diào)節(jié)到0.5A，霍爾勵磁電流調(diào)節(jié)到2mA。（6）移動霍爾傳感器，使霍爾傳感器的中心線對準(zhǔn)15cm刻度。記下此時

6、霍爾測量電壓的大小，然后把霍爾傳感器往左右移動，每隔2cm測量一次把所得的數(shù)據(jù)填如下表。以二線圈中心連線的中點為坐標(biāo)原點，作B—x曲線圖傳感器位置（cm）1357911131517192123霍爾測量電壓（mv）3.赫姆霍茲線圈磁場=1%均勻區(qū)的研究：（1）打開電源開關(guān)，將固定勵磁線圈開關(guān)和活動勵磁線圈打到通，移動活動線圈，使其中心位置對準(zhǔn)刻度15.5cm處的位置。（2）調(diào)節(jié)線圈勵磁電流電位器，把勵磁電流調(diào)節(jié)到0.5A，霍爾勵磁電流調(diào)節(jié)到2mA。（3）移動霍爾傳感器，使霍爾傳感器的中心線對準(zhǔn)5cm刻度。記下此時霍爾測量電壓的大小，然后1cm測量一次。把所測得的數(shù)據(jù)填入下表

7、。以二線圈中心連線的中點為坐標(biāo)原點，作B—x曲線圖傳感器位置（cm）56789101112131415霍爾測量電壓（mv）六、復(fù)習(xí)思考題1霍爾法測磁場的原理是什么？霍爾探測器能測磁場的方向嗎？2赫姆霍茲線圈能產(chǎn)生強(qiáng)磁場嗎？3分析離圓形電流中心等距離處的磁場是否相等，并用比奧—薩法爾定律加以解釋。2