1、螺線管及其測量作者:日期:螺線管及其測量大學(xué)物理仿真實驗實驗簡介在實際應(yīng)用中人們常常需要知道載流導(dǎo)體所產(chǎn)生的磁場分布。從原則上 講利用畢奧一一薩伐爾定律可以計算出載流導(dǎo)體所產(chǎn)生的磁場，但是大多數(shù) 情況計算十分復(fù)雜困難。因此常常需要設(shè)計其他的實驗的方法去測量磁場。 本實驗中所用的探測線圈是常用的測量磁場的方法。本實驗的目的是學(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。實驗原理圖1是一個長為2 1 ,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a-|i/3"+ （斗-廳-ii/a式

2、中NK =21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。下圖是實驗裝置的實驗裝置的示意圖。(嗣i(t) = I0s 1 net時，在螺線管內(nèi)pi(t) = Bosin 3t其中Cp是比例，在A 1中將產(chǎn)生感生電動勢，其大小當(dāng)螺線管A中通過一個低頻的交流電流 產(chǎn)生一個與電流成正比的交變磁場 B(t) = C 常數(shù)，把探測線圈A1放到螺線管內(nèi)部或附近 取決于線圈所在處磁場的大

3、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N 1,線圈平面的法向平面與 磁場方向的夾角為0，則穿過線圈的磁通鏈數(shù)為：W = N 1 S1 B( t )cos 0根據(jù)法拉第定律，線圈中的感生電動勢為甌 = 一號銅歸胡氏 COE at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U有 ，由此得出磁感應(yīng)強度：gff2氏2N甘 f cos 0其中ri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AP二N兇昭在實驗裝置中，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。

4、在探測線圈A兩端連接數(shù)字毫伏計用于測量A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。實驗儀器測量螺線管內(nèi)磁場實驗儀器包括：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。四.實驗內(nèi)容1.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。連線，如下圖所示:.英戰(zhàn)覽年哥?1"呈認末龍#-2隆片1日卩主握榕一-陽亡本啟£嚴建鍵岡S呈更對杲悸呈也志 名眉雪対肖換漢島勺 便才巨®Hj空翊諾產(chǎn)

5、3; 金匚¥；1適匸已至亠宀 寸頭另軸叮全劌一4頭社至逶；S:擲對玉攔九上舟壬.以下分三個實驗內(nèi)容進行（一）實驗內(nèi)容一:1 測量數(shù)據(jù)（題目已給）如下圖：螺錢管F珈瓠直徑2JT：dZ SOmm, 壬度2i:30. 00cm, 總匝數(shù)皿3淤0匝”探測錢圏熱就直徑2H:2L OOmrn, 總匝數(shù)M；335匝.2 內(nèi)容要求（如題目所示）技a部體辭i匾歸SH旳®感應(yīng)強度F 記下大幅綻管戒半徑盡長度如和總匝數(shù)M記下探測綻 圈ffi半徑門和總匝數(shù)?。ň蓪嶒炇医o出）.（2）按實驗S理圖接線在本實驗中電壓表纟頁經(jīng)常調(diào)零為后 便計宜再加一單刀雙擁開關(guān)，應(yīng)如何接入，請同學(xué)們自己獨 立解決，芥畫

6、下草圏.（3）侵痢用在同一軸鏡上且中心重臺即尸0（由標尺讀出）. 分別取三種電流頻率f-1500HzJ50Hz375Hz,調(diào)節(jié)低頻信 號發(fā)生器的輸出.使電流謝旨示15.0圖20. 0嘰25.0血， SO- OinAj SE. OhlAj 4O. OjoAj 45. OhlA和旳.OjilA,記下對應(yīng)的 l4B, 列表表示，并畫出產(chǎn)7*線,討論其規(guī)律（4）當(dāng)円時，即F和刃的中心相距為人按表洛記下對應(yīng)的Ml -從測量結(jié)果中可以得出什么結(jié)論7從以上測量中，取汗0, f=T5OHs, F扳OniA和對應(yīng)的 洎 分別用買驗原理中的兩公式計算B值;再取工 鬥50弧 2=25,（W和對應(yīng)的PllJJS用兩公

7、式分別計算鹽兩公式代 表了®種不同的測重砒方法,試比犢其優(yōu)缺點并對你所獲 得的結(jié)果加以討論.驗結(jié)果IWT伏帥15(WHz750 H2l375Ha 亠l&JIrnA11衛(wèi)),6?*Sa.OniA3.4仁7Q.eeP-OrrVkbOS禍1【科1響 1150012.5'1:1/bU如U1.1少56U.C1.1計肆謝血近冋清if布4.02*lC|b|2.86*10 '41 £.0i*tD6j回答實驗一所提出的問題：根據(jù)V I圖像，我們得出結(jié)論：在其他條件一定的情況下 比。1.,V與I成正比，即B與I成正2.3.從表格中，我們得出以下結(jié)論：在其他條件一定的情況

8、下從表格中，我們得出以下結(jié)論：公式算出來的（當(dāng)x遠離中心時）與實際有較大的差別, 因為此時不能按照理想情況下計算，必須以實際為準。,V與f*I成正比。（二）實驗內(nèi)容二:1 測量數(shù)據(jù)（題目已給）如下圖:直徑 2A: 32. ElYur;R.2:30. OOcuL總.匝數(shù);色徑 Irl; 21, 0Cini, 意臣數(shù)忙；335阮2 內(nèi)容要求（如題目所示）3.實驗結(jié)果（如下圖）劉cm1.U即1hO9.6t.ny.Gl.U9.G4.U9.G9.Gt.u/.uy.uIt.U9.6ty = Zi謁團曲回答實驗二所提出的問題：V（x=l）/V（x = 0）不等1 12.因為若螺線管內(nèi)部各點磁感應(yīng)強度相等，則

9、結(jié)果為1/ 2 .可的從前面的結(jié)論中我們已經(jīng)知道，螺線管兩端的磁感應(yīng)強度遠遠小于中心 的，當(dāng)然與理論相差很大。（三）實驗內(nèi)容三:1.實驗數(shù)據(jù)3.實驗結(jié)果T 111 I |>| IIDf fcmv-v、mAE置艇缶R需右春J：主琴甲0iiMgJ平躊LQkIJ-q IV*.-r-P- r-£Jj-Zr4 J原圖|：J切可仔E嚨nrA mt_ n、 >.憾Wt州*擁対焙""！H I n*i.ij |lh一 - 尿g薊p.T查I -mArfi孟證晦呂0國倆耶?ii率牘戳 linoQ dh7更改圖lew45.9-5EEEZI數(shù)據(jù)圖回答實驗三所提出的問題：關(guān)于互感現(xiàn)象，兩次實驗結(jié)果相差不大，因為其理論上是應(yīng)該完全一樣的。五.思考