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13磁场的描绘与测量.doc

13磁场的描绘与测量

李一琴
2017-10-23 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《13磁场的描绘与测量doc》,可适用于高等教育领域

磁场的描绘与测量实验十三磁场的描绘与测量实验目的(了解感应法测量磁场的原理((研究载流圆线圈轴向磁场的分布加深对毕奥沙伐尔定律的理解((描绘载流圆线圈轴向平面上的磁力线和亥姆霍兹线圈的磁场均匀区(仪器与用具亥姆霍兹线圈探测线圈音频振荡器交流毫伏表交流毫安表坐标纸等(实验原理((载流圆线圈轴线上磁场的分布图图根据毕奥一沙伐尔定律载流圆线圈轴线上任一点P(见图)的磁感应强度为:,I,X,,B,,,,,RR,,,,()式中I为圆线圈中的电流强度R为线圈的半径X为P点至圆心点的距离μ叫真空磁导率(μ,,π×Nm)(B,x曲线如图所示(显然在圆心处(X=)的磁感应强度为B=μIR,所以,BX,,,,,,,BR,,,,()(磁场的测量测量磁场的方法有多种本实验采用感应法当线圈中输入交变电流时其周围空间必定有变化磁场可利用探测线圈置于交变磁场中所产生的感应电动势来量度磁场的大小当线圈内通以正弦交变电流时则在空间形成一个正弦交变的磁场磁感应强度为:B,Bsin,tmP轴线上任意一点处(距圆心O的距离为X)的磁场感应强度(峰值)为,X,,,BB,,,,mXmR,,,,()Bmo式中为X=处磁感应强度的峰值设探测线圈为平面线圈面积为S匝数为N其法线与磁感应强度之间的夹角为θ则通过该线圈的磁通量为:Φ=NSBcsθ=NSBmcosθsinωt根据电磁感应定律ε=dΦdt得ε=NSBmωcosθcosωt=εmsinωt式中εm=NSBmcosθ为感应电动势的峰值(在探测线圈两端接入交流毫伏表测出感应电压(读数为有效值)它与峰值的关系为,,NSU,,Bcos,m当θ=时即探测线圈的法线方向与磁感应强度B的方向一致时感应电动为势最大值:NS,U,BmBUm所以与成正比(因此我们可利用毫伏表读数的最大值来测定磁场的大小为了减小系统误差我们采用比较法进行测量(UU轴线上任意一点的值与圆心处的值之比为,UBX,,(),,UBR()UBUB由此可见与的变化规律完全相同实验若能证明,UX,(),,UR,BX,(),,BR也就证明了便验证了毕奥一沙伐尔定律的正确性(磁感应强度是一矢量因此磁场的测量不仅要测量磁场的大小还要测出它的方向(磁场的方向如何确定呢磁场的方向本来可用毫伏表读数最大值时所对应的探测线圈法线方向来表示但是磁通量的变化率小难以测准因此测定的方向误差较大(当探测线圈法线方向与磁场方向垂直时Φ的变化率最大容易测准故测量的误差较小(所以我们利用毫伏表读数最小时与探测线圈法线方向相垂直的方向来确定磁场的方向(实验内容(测量载流线圈轴线上磁场分布本实验所用仪器是磁场描绘仪如图它由两圆线圈(亥姆霍兹线圈)、工作平台、探测线圈、音频振荡器、交流毫安表和交流毫伏表等构成两线圈竖直嵌放在工作平台上一半露出平台彼此平行轴线相互重合平台上的X轴线对准线圈的中心轴线(探测线圈是一只带刻度圆盘底座的小线圈盘的底面圆心处有一小铜钉可用来确定磁场中待测点的位置(见图)(()在仪器平台右半部贴张坐标纸坐标纸上的X、Y轴应与台面上相应的轴线对齐坐标原点取在圆线圈的几何中心上(()把右边一线圈与音频振荡器输出端钮相接再把电流调节旋钮向左旋到底振荡器接上电源接通开关调节输出电流为适当的数值(实验室给出)测量过程中保持恒定(图探测线圈与毫伏表相接把有机玻璃尺放到平台上使尺的小孔正对坐标原点再把探测线圈放在尺上使其小钉插入尺的小孔中(即探测线圈位于坐标原点处)按住有机玻璃尺细心旋转探测线圈使毫伏表读数为最大值记为U值(()仿前办法把探测线圈置于X=mm、mm……各处分别测出最大值UU……(、()作U,X的分布曲线(BUBU()根据上述测量数据按公式,求出X轴上各点的BB的实测值(图()将圆线圈的半径R和X的值代入公式()算出X轴上相应各点的B理论值(O()将测量数据填入下表并与理论值加以比较(计算BB的实测值与理论值的相对误差验证毕奥沙伐尔定律(OX(mm)U(mV)UB(),实BU,XB(),()理,,BRE(实验值与理论值的百分误差)(验证磁场的叠加原理()把励磁电源改接到左边一只线圈上仿之()、()、()测读U′、U′、……(注意:所用电流应保持和前面的相同)(()把左右两线圈串接(两线圈的首尾相接)到励磁电源上仍使电流为原值取左边线圈的中心为原点测读X=、、……各点处的感应电压(最大值)U′、U′……(()验证叠加原理:磁场的叠加是矢量叠加为简单起见我们可在X轴上选二至三个点进行验证((描绘载流圆线圈轴向平面的磁力线(()仿照之()、在平台上铺一张坐标纸将四角粘住以原点O为对称中心沿Y轴等间隔的描记五个点:a、b、、c、d、以此五点为始点描绘五条磁力线(()把有机玻璃尺到放平台上并使尺上的小孔正对坐标纸上O点然后把探测线圈装在尺上(底面铜钉插入小孔)(旋动探测线圈使毫伏表读数为最小用铅笔记下O刻线位置O点移开小尺和探测线圈画出O、O连线该连线由O指向O的方向即为O点B的方向在把小尺的小孔正对O点装上探测线圈按同样办法找出O点的磁场方向如果逐一测出第三、第四……诸点磁场的方向并逐次画出连线这便是O点为始点的磁力线(()仿前办法作以a、b、c、d各点为始点的磁力线((描绘亥姆霍兹线圈中的磁场均匀区(()电路连接和励磁电流与步骤之()相同把探测线圈置于两线圈之间的坐标纸上测出中央一点的U值(见图)(()用探测线圈在O点周围寻出感应电压等于U值的各点画出均匀磁场区(()再用探测线圈在O点以外找出感应电压等于()U值的各点画出相对于中央(O点)场强的相对误差不超过的均匀磁场区域(思考与问答(如果圆圈中通以直流电空间各点的磁场如何测量(本实验是如何验证毕奥一沙伐尔定律的(如何测定磁场的方向磁力线是如何描绘出来的

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