内容发布更新时间 : 2024/5/20 2:21:33星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

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

一、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 B??0N0IR22(R2?x2)32 (1) 式中?0?4π?10-7H/m为真空磁导率，R为线圈的平均半径，N0为圆线圈的匝数，I通过线圈的电流x为轴线上某一点到圆心O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。 YYIROBXI1RI2ORBXBB1B=B1+B2B2OO图（1） 载流圆线圈磁场分布 图（2）亥姆霍兹线圈磁场分布 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UH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FB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，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EH（此电场称之为霍尔电场）

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UH（霍尔电压）。 （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 UH?IB/ned?RHIB/d?KHIB 霍尔电压 3式中霍尔系数RH?1/ne，单位为m/C；霍尔灵敏度KH?RH/d，单位为mV/mA.由此可见，当I为常量时， 有UH?KHIB?k0B，通过测量霍尔电压UH就可计算出未知磁场强度B. 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10.0 mm测一个Bm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. 2.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10.0 mm测一个Bm值.记录数据并作出磁场分布曲线图.