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實驗目的
1.學習測量載流圓線圈的磁場分布。
2.了解亥姆霍茲線圈磁場分布的特點。
3.驗證矢量迭加原理。
實驗原理(注意:原理圖、測試公式)
(1)載流圓線圈磁場:
根據畢奧-薩伐爾定律一半徑為 ,通以直流電流 的圓線圈,其軸線上離圓線圈中心距離為 米處的磁感應強度的表達式為:
(1)
式中 為圓線圈的匝數, 為軸上某一點到圓心 的距離, 。
(2)亥姆霍茲線圈
如果有一對相同的載流圓線圈彼此平行且共軸,通以同方向電流,當線圈間距等于線圈半徑時,兩個載流線圈的總磁場在軸的中點附近的較大范圍內是均勻的。故在生產和科研中有較大的實用價值,也常用于弱磁場的計量標準。這對線圈稱為亥姆霍茲線圈。
兩個完全相同的圓線圈彼此平行且共軸,通以同方向電流 ,線圈間距等于線圈半徑(即 )時,從磁感應強度分布曲線可以看出,兩線圈合磁場在中心軸線上附近較大范圍內是均勻的,這樣的一對線圈稱為亥姆霍茲線圈,在兩線圈中心連線一段,出現一個平臺,這說明該處是勻強磁場。將兩個線圈通以同向電流時,磁場疊加增強,并在一定區域形成近似均勻的磁場;通以反向電流時,則疊加使磁場減弱,以至出現磁場為零的區域 。
首先連接好儀器,接著接通電源,打開開關,在線圈磁場強度等于零的條件下,在線圈磁場強度等于零的條件下,把特斯拉計調零(目的是消除地磁場和其他環境雜散干擾磁場以及不平衡電勢的影響)。然后把換向開關調上,開始邊推滑塊,以 為間隔距離測量通電亥姆霍茲線圈軸線上磁感應強度,快速記錄數值,確保讀數準確:然后把換向開關回到中間位置,在線圈磁場強度等于零的條件下,把特斯拉計調零:然后把換向開關調下,繼續測量數據,接著測量另一個線圈,相同的辦法記錄數值,最后把2個線圈串聯接好,然后測量出新的數值。然后利用軟件將數據制作成 曲線。
數據處理、誤差分析和實驗結論
1、 載流圓線圈圓心的磁場最大,越往兩側磁場越小。亥姆霍茲線圈磁場,兩個線圈中間是勻強磁場,越往兩側磁場越小。
2、 描述誤差并對誤差進行分析,儀器老化,不在軸線上,手機等電子產品的干擾。
3、 亥姆霍茲的平均值與用疊加原理的值是一樣的,所以是準確的。
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