南昌大学物理实验报告课程名称：普通物理实验（1）实验名称：亥姆霍兹线圈磁场学院：理学院专业班级:应用物理学152班学生姓名：学号：实验地点：基础实验大楼B212座位号:26实验时间：第七周星期四上午十点开始I(\1111Ri//八BO)XIl\rr-.,1”YRiB-”O丨XT!X图（1）载流圆线圈磁场分布图（2）亥姆霍兹线圈磁场分—、实验目的:1.学习和掌握霍尔效应原理测量磁场的方法。2.测量载流圆线圈和亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布。二、实验原理:1.载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场（1）载流圆线圈磁场根据比奥-萨伐尔定律，载流圆线圈在轴线（通过圆心并与线圈平面垂直的直线）上某点磁感应强度B为厂卩NIR2B=0_0—2（R2+X2）32式中卩=4nx10-7H/m为真空磁导率，R为线圈的平均半径，N为圆线圈的匝数，I通过线圈的电流x为轴线上某00一点到圆心0的距离.因此它在轴线上磁场分布图如图（1）所示。（2）亥姆霍兹线圈所谓亥姆霍兹线圈是两个相同的圆线圈，彼此平行且共轴，通以同方向电流I,理论计算证明：当线圈间距a等于线圈半径R时，两线圈合磁场在轴线上（两线圈圆心连线）附近比较大范围内是均匀的，如图（2）所示•这种均匀磁场在工程运用和科学实验中应用十分广泛。2.霍尔效应法测磁场（1）霍尔效应法测量原理将通有电流I的导体置于磁场中，则在垂直于电流I和磁场B方向上将产生一个附加电势差，这一现象是霍尔于1879年首先发现的，故称霍尔效应.电势差U称为霍尔电压.如图25-5所示n型半导体，若导体中电流I沿x轴方向流动（有速度为v运动的电子），此时在z轴方向上加上强度为B的磁场后，运动着的电子受洛伦兹力F的作用而偏移、聚集在S平面；同时随着电子向S平面偏移和聚集,B在P平面出现等量的正电荷，结果在S、P平面之间形成一个电场E（此电场称之为霍尔电场）BOOB钟这个电场反过来阻止电子继续向S面偏移.当电子受到的洛伦兹力和霍尔电场的反作用力达到平衡时，就不能向S面偏移•此时在S、P平面间形成一个稳定的电压U（霍尔电压）。H（2）霍尔系数、霍尔灵敏度、霍尔电压设材料的长度为l,宽度为b,厚度为d,载流子浓度为n,载流子速度为v，他们与通过材料的电流I有如下关系I=nevbd霍尔电压U=IB/ned=RIB/d=KIBHHH式中霍尔系数R=1/ne，单位为m3/C；霍尔灵敏度K=R/d，单位为mV/mA.由此可见，当I为常量时,HHH有U=KIB=kB，通过测量霍尔电压U就可计算出未知磁场强度B.HH0H本实验使用霍尔效应法测磁场，并且本实验使用的仪器用集成霍尔元件，已经与模块联调，直接显示磁场强度。三、实验仪器：亥姆霍兹线圈磁场实验仪四、实验内容和步骤：1.测量圆电流线圈轴线上磁场的分布（1）仪器使用前，请先开机预热5min接好电路，调零.（2）调节磁场实验仪的输出功率，使励磁电流有效值为I=200mA，以圆电流线圈中心为坐标原点，每隔10.0mm测一个B值，测量过程中注意保持励磁电流值不变，记录数据并作出磁场分布曲线图.m2.测量亥姆霍兹线圈轴线上磁场的分布（1）关掉电源，把磁场实验仪的两组线圈串联起来（注意极性不要接反），接到磁场测试仪的输出端钮，调零.（2）调节磁场测试仪的输出功率，使励磁电流有效值仍为I=200mA，以两个圆线圈轴线上的中心点为坐标原点,每隔10.0mm测一个B值•记录数据并作出磁场分布曲线图.m题标轴标坐33.18五、实验数据与处理：1.圆电流线圈轴线上磁场分布的测量数据（注意坐标原点设在圆心处，要求列表记录，表格中包括测点位置，并在表格中表示出各测点对应的理论值），在坐标纸上画出实验曲线。Bmax时，记录xu53.0mmx/mm01020304050△x/mm-53-43-33-23-13-3Bm/mT测量值0.4190.4620.5020.5360.5550.564Bm/mT标准值0.4250.4740.5190.5570.5840.597Bm/mT误差值0.0060.0120.0170.0210.0290.033x/mm60708090100110△x/mm71727374757Bm/mT测量值0.5560.5330.5000.4600.4150.368Bm/mT标准值0.5940.5750.5440.5020.4550.406Bm/mT误差值0.0380.0420.0440.0380.0400.038根据实验数据可得图像:0.7测量值Bm/mT■标准值Bm/mT盘误差值Bm/mT——线性（误差值Bm/mT）686040200204060单线095838.!co3-‘51■0.Qr8708F.8.0.Ty0.2X■7■.3F0C.0/.268/0A.4n厂■06206A.4£054cnn匚■.205»0.n4040302n01J-Bm/O1...
