綜合實踐課程~學生創新實驗(6)亥姆霍茲線圈磁場測量實驗

2021-02-15 龍山誠毅之聲

（轉載自智慧物理實驗）

亥姆霍茲線圈為兩個相同線圈，彼此平行且共軸，線圈間距等於線圈半徑R。兩線圈通以同方向電流I時，線圈軸線上（兩線圈圓心連線）較大範圍內產生的是勻強磁場，這樣的線圈為亥姆霍茲線圈。

一、載流圓線圈磁場

（a）圖為單個載劉線圈在軸線上磁場強度分布，（b）圖為共軸的兩個相同線圈在軸線上的磁場強度分布。

二、霍爾效應

實驗對磁場測量要求較高，這裡採用霍爾效應法測量磁場。

將通有電流I的導體置於磁場中，則在垂直於電流I和磁場B方向上將產生一個附加電位差EH，這一現象是霍爾於1879年首先發現，故稱霍爾效應。電位差UH稱為霍爾電壓。

如圖所示，在霍爾效應中導體的電子在洛侖茲力f 作用下，向圖中虛線箭頭所指的位於y軸負方向的B側偏轉，並使B側形成電子積累，而相對的A側形成正電荷積累。與此同時運動的電子還受到由於兩種積累的異種電荷形成的反向電場力 f E的作用。隨著電荷積累的增加，f E增大，當兩力大小相等（方向相反）時， f =－f E，則電子積累便達到動態平衡。

設電荷速度為v，f=Bqv,由 f =－f E

Bqv=Uq/l

U=Blv

霍爾元件電流I=nqvld

U=IB/nqd——————（一）

霍爾係數RH=1/nq

通過上式（一）可以計算出磁場B的大小。

三、實驗器材

1.毫特斯拉計  2.電流表  3.直流電流源  4.電流調節旋鈕  5.調零旋鈕

6.傳感器插頭  7.固定架  8.霍耳傳感器  

四、實驗演示

實驗一：單個a線圈沿軸線磁場的分布

實驗二：單個b線圈沿軸線磁場的分布

實驗三：亥姆霍茲線圈磁場的分布

實驗四：改變線圈間距d,測量d=R/2、d=2R時軸線上的磁場分布

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