測螺線管磁場實驗報告(20220216061953)

1、測螺線管磁場實驗原理圖1是一個長為21 ,匝數(shù)為N的單層密繞的直螺線管產(chǎn)生的磁場。當導(dǎo)線中流過電流I時，由畢奧一薩伐爾定律可以計算出在軸線上某一點P的磁感應(yīng)強度為式中/；1= ' r ' ' ，一 _，為單位長度上的線圈匝數(shù)，R為螺線管半徑，x為P 點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。以下圖是實驗裝置的實驗裝 置的示意圖。當螺線管A中通過一個低頻的交流電流 i(t) = I osin wt

2、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) = C pi(t) = B osin wt其中G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。探測線圈的尺寸比擬小，匝數(shù)比擬多。假 設(shè)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9，那么穿過線圈的磁通鏈數(shù)為W = N iSB(t)cos 9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,貝惰 ds川，由此得出磁感應(yīng)強度：/IM謁 OJUO如尺 j egg其中ri是探

3、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Ai在同 一軸線上，此時-1 ,那么螺線管中的磁感應(yīng)強度為在實驗裝置中，在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Ai兩端連接數(shù)字毫伏計用于測量 Ai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。測螺線管磁場實驗內(nèi)容i 研究螺線管中磁感應(yīng)強度 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)強度。2 測量螺線管軸線上的磁場分布測螺線管磁場實驗儀器圖1 :測量螺線管內(nèi)磁場實驗裝置全貌測量螺線管內(nèi)磁場實驗儀器包括

4、：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。銅導(dǎo)線螺線管圖3 :霍爾元件軸向磁場探針上圖為軸向磁場探針，伸入螺線管中用于測量磁場強度，探針的另一端接在特斯拉計之上，由特斯拉計給出磁場強度的讀數(shù)。圖4 :毫特斯拉計給出磁場強度的讀數(shù)。與測量直流導(dǎo)體外磁場中使用的特斯拉計相似圖5:電流源為銅導(dǎo)線螺線管供電，產(chǎn)生磁場。實驗重點1 掌握探測線圈法測量交變磁場的方法。2測量螺線管軸線上的磁場分布。3.加深理解電磁感應(yīng)定律及磁場的特征。實驗難點1. 探測線圈法測量磁場的線路設(shè)計與連接，包括單刀雙擲開關(guān)及交流毫伏計的 使用。2. 低頻信號發(fā)生器的使用。3. 互感現(xiàn)象的觀察及線路設(shè)計。操作指導(dǎo)一

5、、主窗口在系統(tǒng)主界面上選擇 “螺線管磁場及其測量實驗 并單擊， 即可進入本仿真 實驗平臺，顯示平臺主窗口實驗室場景，看到實驗臺和實驗儀器。、主菜單在主窗口上單擊鼠標右鍵， 彈出主菜單。 主菜單下還有子菜單。 鼠標左鍵單 擊相應(yīng)的主菜單項或子菜單項，那么進入相應(yīng)的實驗局部圖 1。圖1實驗應(yīng)按照主菜單的條目順序進行。1實驗簡介選擇主菜單的“簡介并單擊可翻開實驗簡介文檔圖2圖2鼠標移到上面藍條處將顯示操作提示，雙擊即可返回實驗平臺。2實驗儀器選擇主菜單的“實驗儀器 并單擊可翻開實驗儀器文檔， 操作與查看實驗簡介完全類似。3實驗原理包括子菜單項“實驗原理一和“實驗原理二。選中“實驗原理的“實驗原理一子

6、菜單項并單擊，將顯示實驗原理一， 如圖 3。圖3 用鼠標操作滾動條，可使畫面上下滾動。 鼠標移到上面藍條處將顯示操作提示，雙擊可返回實驗平臺。 選擇“實驗原理的“實驗原理二子菜單項并單擊，將顯示實驗原理二， 與“實驗原理一操作相同。4實驗接線選擇“接線 并單擊進入接線界面。 本實驗中晶體管毫伏表讀數(shù)會隨時間產(chǎn)生漂移，所以做本實驗的關(guān)鍵是要對晶體管毫伏表經(jīng)常短路調(diào)零以消除誤差。 為方便計，宜加一單刀雙擲開關(guān)。正確接線圖不止一種可參見圖4。圖4接線時選定一個接線柱， 按住鼠標左鍵不放拖動， 一根直導(dǎo)線即從接線柱引 出。將導(dǎo)線末端拖至另一個接線柱釋放鼠標， 即可連接這兩個接線柱。 刪除兩個 接線柱的

7、連線，可將這兩個接線柱重新連接一次。接線完畢單擊鼠標右鍵彈出菜單，選擇“接線完畢來判斷接線是否正確， 接線正確后才能開始實驗。選擇“重新接線可刪除所有導(dǎo)線。5實驗內(nèi)容接線正確后此菜單項才會有效。 此菜單包括子菜單項 “內(nèi)容一、“內(nèi)容二 和“內(nèi)容三 。單擊子菜單項 “內(nèi)容一即可進入實驗內(nèi)容一進行實驗， 如圖 5圖5儀器的根本操作方法(1) 旋鈕的操作方法：所有的旋鈕，其操作方法是一致的，即：用鼠標右鍵 單擊，那么旋鈕順時針旋轉(zhuǎn)；用鼠標左鍵單擊，那么旋鈕逆時針旋轉(zhuǎn)。包括 旋鈕“輸出調(diào)節(jié)，“調(diào)零旋鈕，以及頻率調(diào)節(jié)。(2) 按鈕的操作方法：用鼠標左鍵單擊即可按下或彈起按鈕。包括“衰減 和“頻率倍乘按鈕

8、。(3) 撥動開關(guān)的操作方法： 操作非常簡單， 用鼠標左鍵單擊開關(guān)即可改變開 關(guān)的狀態(tài)。(4) 探測線圈的粗調(diào)和細調(diào)，單刀雙擲開關(guān)的操作和旋鈕的調(diào)節(jié)一樣。(5) 毫伏表“量程的調(diào)節(jié)和開關(guān)的操作一樣。(6) 單刀雙擲開關(guān)的刀打到左邊是調(diào)零位置，可調(diào)節(jié)“調(diào)零旋鈕調(diào)零；打到中間是斷路位置；打到右邊是測量位置，可以測量電路的電壓。在此界面的上部單擊鼠標右鍵將彈出主菜單， 做完實驗內(nèi)容一后選擇實驗內(nèi) 容二、實驗內(nèi)容三繼續(xù)實驗。實驗時點擊“實驗參數(shù)可翻開實驗參數(shù)文檔， 雙擊其上的藍條關(guān)閉此文檔； 點擊“實驗內(nèi)容翻開實驗內(nèi)容文檔，雙擊其上的藍條關(guān)閉此文檔；實驗時按實 驗內(nèi)容文檔的步驟進行實驗，點擊“數(shù)據(jù)記錄及處理翻開數(shù)據(jù)處理窗口，將測 量數(shù)據(jù)記錄到相應(yīng)的位置，數(shù)據(jù)處理窗口如圖 6。圖6輸入數(shù)據(jù)時在所要輸入的空格處單擊鼠標左鍵，再用鍵盤輸入數(shù)據(jù)即可。畫線時先在坐標圖上單擊鼠標左鍵描點，描點完畢點擊“畫線可畫線，