集成霍爾傳感器測(cè)量圓線圈磁場(chǎng).doc

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1、物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告年級(jí)專業(yè)：姓名：學(xué)號(hào)：組別：一、實(shí)驗(yàn)名稱：集成霍爾傳感器測(cè)量圓線圈和亥姆霍茲線圈的磁場(chǎng)二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆沼眉苫魻杺鞲衅鳒y(cè)量磁場(chǎng)的方法，用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證磁場(chǎng)疊加原理。三、實(shí)驗(yàn)器材：亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)測(cè)定儀，包括圓線圈和亥姆霍茲線圈平臺(tái)（包括兩個(gè)圓線圈、固定夾、不銹鋼直尺等）、高靈敏度毫特計(jì)和數(shù)字式直流穩(wěn)壓電源。四、實(shí)驗(yàn)原理：1.圓線圈的磁場(chǎng)根據(jù)畢奧—薩伐爾定律，載流線圈在軸線上某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：式中I為通過線圈的電流強(qiáng)度，為線圈平均半徑，x為圓心到該點(diǎn)的距離，N為線圈的匝數(shù)，=4T·m/A,為真空磁導(dǎo)率。因此，圓心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為2.亥姆霍茲線圈的磁場(chǎng)亥姆霍茲線圈：兩個(gè)

2、半徑和匝數(shù)完全相同的線圈，其軸向距離等于線圈的半徑。這種線圈的特點(diǎn)是當(dāng)線圈串聯(lián)連接并通以穩(wěn)定的直流電后，就可在線圈中心區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生較為均勻性較好的磁場(chǎng)，因而成為磁測(cè)量等物理實(shí)驗(yàn)的重要組成部件，與永久磁鐵相比，亥姆霍茲線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)在一定范圍內(nèi)具有一定的均勻性，且產(chǎn)生的磁場(chǎng)具有一定的可調(diào)性，可以產(chǎn)生極微弱的磁場(chǎng)直至數(shù)百高斯的磁場(chǎng)，同時(shí)在不通電的情況下不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境磁場(chǎng)。亥姆霍茲線圈如圖所示，是一對(duì)彼此平行且連通的共軸圓形線圈，兩線圈內(nèi)電流方向一致，大小相同，線圈之間距離d正好等于圓形線圈的半徑R。設(shè)z為亥姆霍茲線圈中軸線上某點(diǎn)離中心點(diǎn)O處的距離，根據(jù)畢奧—薩伐爾定律及磁場(chǎng)疊加原理

3、可以從理論上計(jì)算出亥姆霍茲線圈軸上任意一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為RBR而在亥姆霍茲線圈上中心O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為當(dāng)線圈通有某一電流時(shí)，兩線圈磁場(chǎng)合成如圖可看出，兩線圈之間軸線上磁感應(yīng)強(qiáng)度在相當(dāng)大的范圍內(nèi)是均勻的。3.測(cè)量亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)的方法——霍爾效應(yīng)法直接測(cè)量，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易，適用于弱磁場(chǎng)和非均勻磁場(chǎng)的測(cè)量，霍爾探頭經(jīng)定標(biāo)后可直接顯示磁感應(yīng)強(qiáng)度值。五、實(shí)驗(yàn)步驟：1.載流圓線圈和亥姆霍茲線圈軸線上各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的測(cè)量（1）先按要求將各導(dǎo)線連接好，直流穩(wěn)壓電源中數(shù)字電流表已串接在電源的一個(gè)輸出端，測(cè)量電流I=100mA時(shí)，單線圈a軸線上各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度，每隔1.00cm測(cè)量一個(gè)數(shù)據(jù)。

4、實(shí)驗(yàn)中，隨時(shí)觀察毫特斯拉計(jì)探頭是否沿線圈軸線移動(dòng)。每測(cè)量一個(gè)數(shù)據(jù)，必須先在直流電源輸出電路斷開（I=0）調(diào)零后，才測(cè)量和記錄數(shù)據(jù)。將測(cè)得數(shù)據(jù)填入表1中。（2）用理論公式計(jì)算圓線圈中軸線上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，將計(jì)算結(jié)果填入表1中并與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較。（3）在軸線上某點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)毫特斯拉計(jì)探頭，觀察一下該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量值的變化規(guī)律，并判斷該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。（4）將線圈a和線圈b之間的距離d調(diào)整到d=10.00cm，這時(shí)，組成一個(gè)亥姆霍茲線圈。取電流值I=100mA，分別測(cè)量?jī)删€圈單獨(dú)通電時(shí)，軸線上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度值和，然后將亥姆霍茲線圈在通同樣電流I=100mA，在軸線上的磁感

5、應(yīng)強(qiáng)度值，將測(cè)量結(jié)果填入表2中。證明在軸線上的點(diǎn)=+，即載流亥姆霍茲線圈軸線上任一點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度是兩個(gè)載流單線圈在該點(diǎn)上產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度之和。（5）分別把亥姆霍茲線圈間距調(diào)整為d=R/2和d=2R，與步驟（4）類似，測(cè)量在電流為I=100mA時(shí)軸線上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度值，將測(cè)量結(jié)果分別填入表3和表4中。（6）作間距d=R/2,d=R,d=2R時(shí)，兩個(gè)線圈軸線上磁感應(yīng)強(qiáng)度B與位置z之間關(guān)系圖，即B-z圖，驗(yàn)證磁場(chǎng)疊加原理。2.載流圓線圈通過軸線平行面上的磁感應(yīng)線分布的描繪把一張坐標(biāo)紙黏貼在包含線圈軸線的水平面上，可自行選擇恰當(dāng)?shù)狞c(diǎn)，把探測(cè)器底部傳感器對(duì)準(zhǔn)此點(diǎn)，然后亥姆霍茲線圈通過I

6、=100mA電流。轉(zhuǎn)動(dòng)探測(cè)器，觀測(cè)毫特斯拉計(jì)的讀數(shù)值，讀數(shù)值為最大時(shí)傳感器的法線方向，即為該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向。比較軸線上的點(diǎn)與遠(yuǎn)離軸線點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度方向變化情況。近似畫出載流亥姆霍茲線圈磁感應(yīng)線分布圖。3.注意事項(xiàng)（1）接好電路后，打開電源預(yù)熱10min后才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（2）每測(cè)量一點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度值時(shí)應(yīng)斷開線圈電流（路），在電流為零時(shí)調(diào)探測(cè)器為零，然后接通線圈電流（路）進(jìn)行測(cè)量和讀數(shù)。調(diào)零的作用是抵消地磁場(chǎng)的影響及其他不穩(wěn)定因素的補(bǔ)償。（3）注意平臺(tái)上的標(biāo)度尺不要壓在載流線圈的軸線上，標(biāo)度尺應(yīng)平行于平臺(tái)的中軸線并與平臺(tái)中軸線距離為1.00cm。（4）測(cè)量時(shí)，探測(cè)器的探測(cè)孔朝下并

7、與待測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)，并注意探測(cè)器本身的尺寸。（5）在測(cè)量亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)B時(shí)，必須串聯(lián)兩線圈里的電流。六、數(shù)據(jù)采集：1.單線圈軸線上磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度位置/cm-9-8-7-6-5-4-3-2-10+1+2+3+4+5+6+7+8+9測(cè)量值/mT0.1430.1690.1900.2150.2470.2620.2940.3120.3290.3350.3280.3110.2900.2630.2360.2090.1830.1600.143理論值/mT0.1290.1490.1730.1980.2250.2510.2760