《电磁场实验指导书》word版
电磁场与电磁波实验指导书(参考)
电磁场与电磁波实验指导书目录实验一电磁波感应器的设计与制作实验二电磁波传播特性实验实验三电磁波的极化实验实验四天线方向图测量实验实验一电磁波感应器的设计与制作一、预习要求1、什么是法拉第电磁感应定律？2、什么是电偶极子？3、了解线天线基本结构及其特性。
二、实验目的1、认识时变电磁场，理解电磁感应的原理和作用。
2、通过电磁感应装置的设计，初步了解天线的特性及基本结构。
3、理解电磁波辐射原理。
三、实验原理随时间变化的电场要在空间产生磁场，同样，随时间变化的磁场也要在空间产生电场。
电场和磁场构成了统一的电磁场的两个不可分割的部分。
能够辐射电磁波的装置称为天线，用功率信号发生器作为发射源，通过发射天线产生电磁波。
图1 电磁感应装置如果将另一付天线置于电磁波中，就能在天线体上感生高频电流，我们可以称之为接收天线，接收天线离发射天线越近，电磁波功率越强，感应电动势越大。
如果用小功率的白炽灯泡接入天线馈电点，能量足够时就可使白炽灯发光。
接收天线和白炽灯构成一个完整的电磁感应装置，如图1所示。
电偶极子是一种基本的辐射单元，它是一段长度远小于波长的直线电流元，线上的电流均匀同相，一个作时谐振荡的电流元可以辐射电磁波，故又称为元天线，元天线是最基本的天线。
电磁感应装置的接收天线可采用多种天线形式，相对而言性能优良，但又容易制作，成本低廉的有半波天线、环形天线、螺旋天线等，如图2所示。
图2 接收天线本实验重点介绍其中的一种─—半波天线。
半波天线又称半波振子，是对称天线的一种最简单的模式。
对称天线（或称对称振子）可以看成是由一段末端开路的双线传输线形成的。
这种天线是最通用的天线型式之一，又称为偶极子天线。
而半波天线是对称天线中应用最为广泛的一种天线，它具有结构简单和馈电方便等优点。
半波振子因其一臂长度为/4λ，全长为半波长而得名。
其辐射场可由两根单线驻波天线的辐射场相加得到，于是可得半波振子（/L λ=4）的远区场强有以下关系式：()cos(cos )sin I I E f r rθπθθ==60602 式中，()f θ为方向性函数，对称振子归一化方向性函数为：()()maxcos(cos )sin f F f θθπθθ==2 其中max f 是()f θ的最大值。
《电磁场与电磁波》实验指导书.
北方民族大学Beifang University of Nationalities 《电磁场与电磁波》实验指导书主编赵霞校对楚栓成北方民族大学电气信息工程学院二○一五年八月目录电磁场与电磁波实验系统介绍 (3)实验一电磁波参量的测量 (6)实验二电磁波的极化特性 (8)实验三电磁波反射与折射 (11)《电磁场与电磁波》实验系统简介一、概述ＤＨ９２６B型微波分光仪可作为电磁场与波的波动实验，适合于高等院校和中等专业学校作教学实验。
因此，《电磁场与电磁波》实验系统就采用了现已经有的ＤＨ９２６B型微波分光仪作为本课程的实验系统。
二、实验系统简介：本实验系统主要由ＤＨ９２６B型微波分光仪和DH1121B 3cm固态信号源组成。
1. 微波分光仪（如图一所示）图一微波分光仪（2）主要元件性能喇叭天线的增益大约是20分贝，波瓣的理论半功率点宽度大约为：H面是200，E面是160。
当发射喇叭口面的宽边与水平面平行时，发射信号电矢量的偏损方向是垂直的。
可变衰减器用来改变微波信号幅度的大小，衰减器的度盘指示越大，对微波信号的衰减也越大。
晶体检波器可将微波信号变成直流信号或低频信号（当微波信号幅度用低频信号调制时）。
当以上这些元件连接时，各波导端应对齐。
如果连接不正确，则信号传输可能受破坏。
（3）安装与调整（参照图一所示）本仪器为了便于运输、包装，出厂包装时将分度转台做了必要的拆卸，用户在使用前需做如下安装与调整。
①基座（即喷漆的大圆盘）的安装：将Φ40.5的孔向上，将四个支脚按图安置在基座上。
②固定臂的安装：在包装箱中有固定臂取出，将固定臂头部的 4个 M5螺钉通过基座（即喷漆的大圆盘）。
四个沉孔拧入固定臂上并将指针摆正。
③活动臂的安装：将喷漆的大圆盘上的两个M3螺钉松开后，将活动臂上的三个M4螺钉拧紧，再把两个M3螺钉拧紧，使活动臂能自由旋转。
拧紧大头螺钉即可使活动臂固紧，松开大头螺钉即可使活动臂自由旋转。
④铝制支柱的安装：包装箱内有四根不同长度的铝制支柱，将其中最长的一根旋入固定臂螺孔中。
电磁场与电磁波实验指导书.
静电场边值问题实验对于复杂边界的静电场边值问题，用解析法求解很困难，甚至是不可能的。
在实际求解过程中，直接求出静电场的分布或电位又很困难，其精度也难以保证。
本实验根据静电场与恒定电流场的相似性用碳素导电纸中形成的恒定电流场来模拟无源区域的二维静电场，从而测出边界比较复杂的无源区域静电场分布。
一、 实验目的：1、学习用模拟法测量静电场的方法。
2、了解影响实验精度的因素。
二、 实验原理：在静电场的无源区域中，电场强度E '电位移矢量D '及电位Ф、满足下列方程：▽×E 、= 0 ▽×D'= 0D '=εE 、 E 、= - ▽φ、（1）式中ε为静电场的介电常数。
在恒定电流场中，电场强度E 、电流密度J 及电位Ф满足下列方程：▽×E= 0 ▽·J = 0J = δE E=－▽Φ （2）式中δ为恒定电流场中导电媒质的电导率。
因为方程组（1）与方程组（2）在形式上完全相似，所以φ、（静电场中的电位分布函数）与Φ（恒定电流场中的电位分布函数）应满足同样形式的微分方程。
由方程组（1）和方程组（2）很容易求得：▽·（ε▽φ、）= 0 （3）▽·（δ▽Φ）= 0 （4）式中ε与δ处于相应的位置，它们为对偶量。
若ε与δ在所讨论区域为均匀分布（即其值与坐标无关），则方程（3）、（4）均可简化为拉普拉斯方程： 2∇φ'= 0 02=Φ∇电位场解的唯一定理可知：满足相同微分方程的两个电位场，它们具有相同的边界电位值，因此，在保证边界电位值不变的情况下，我们可以用恒定电流场的模型来模拟无源区域的静电场，当静电场中媒质为均匀媒质时，其导电媒质也应为均匀媒质，这样测得的恒定电流场的电位分布就是被模拟的静电场的电位分布，不需要任何改动。
三、实验内容及实验装置：1、被测模型有两个：一个用来模拟无边缘效应的平行板电容器中的电位分布；另一个用来模拟有金属盖的无限长接地槽形导体内电位分布，被模拟的平行板电容器，加盖槽形导体及它们对应的模型如图1所示。
电磁场与电磁波实验指导书(新)
电磁场与电磁波实验指导书山东理工大学电气与电子工程学院电磁场与电磁波实验室电磁场与电磁波实验守则１、学生必须按时到指定实验室做实验，不迟到、不早退，不喧哗，不乱扔杂物；爱护公物，严禁在实验桌面上乱刻、乱画。
保持实验室良好的实验环境。
２、实验前学生必须对所做的实验进行充分预习，并写出预习报告。
实验前应认真了解所用仪器、设备、仪表的使用方法与注意事项。
在启动设备之前，需经指导教师检查认可。
３、实验时，要严肃认真，正确操作，仔细观察，真实记录实验数据的结果。
实验中严禁违章操作，遇到仪器设备故障要及时报告，不得自行拆卸。
不得做与实验无关的事情，不得动与实验无关的设备，不得进入与实验无关的场所。
４、实验中，如发现仪器设备损坏或丢失，应及时报告，查明原因。
凡属违反操作规程导致设备损坏或自行丢失仪表工具的，要追究责任，照章赔偿。
5、若发生事故，不要惊慌，必须立即切断电源，要保持现场并报告老师，以便查明情况，酌情处理。
6、实验完毕后，要按要求整理好试验设备、器材和工具等，关断电源。
经指导教师检查数据并签字后，方可离开实验室。
７、学生需做开放性实验时，应事先与有关实验室（中心）联系，报告自己的实验目的、内容。
实验结束后应整理好实验现场。
８、学生必须认真做好实验报告，在规定时间内交给指导教师批阅。
目录实验一电磁波感应器的设计与制作实验二电磁波传播特性实验实验三电磁波的极化实验实验四天线方向图测量实验实验一电磁波感应器的设计与制作一、预习要求1、什么是法拉第电磁感应定律？2、什么是电偶极子？3、了解线天线基本结构及其特性。
二、实验目的1、认识时变电磁场，理解电磁感应的原理和作用。
2、通过电磁感应装置的设计，初步了解天线的特性及基本结构。
3、理解电磁波辐射原理。
三、实验原理随时间变化的电场要在空间产生磁场，同样，随时间变化的磁场也要在空间产生电场。
电场和磁场构成了统一的电磁场的两个不可分割的部分。
能够辐射电磁波的装置称为天线，用功率信号发生器作为发射源，通过发射天线产生电磁波。
电磁场实验指导书
实验一：驻波比的测量一、实验原理驻波产生的原因是由于负载阻抗与波导特性阻抗不匹配。
因此，通过对驻波比的测量，就能检查系统的匹配情况，进而明确负载的性质。
在测量时，通常测量电压驻波系数，即波导中电场最大值和最小值之比。
对于平方检波，有：错误！未找到引用源。
二、实验器件微波信号源、隔离器、波长表、可变衰减器、波导测量、被测件（电容膜片、电感膜片）、匹配负载、选频放大器1、微波信号源：可产生微波振荡，频率范围可以微调，信号源工作在方波状态。
在微波信号源上我们可以读出频率、电压、电流的数值。
信号源上的频率旋钮用来调整我们所需要的频率值（8.6GHz—9.6GHz）；点频和扫频按键用以选择点频状态或扫频状态，当工作在扫频状态时可以用扫频宽度旋钮来调节扫频的宽度；功率旋钮用来调节功率；信号源的右边有五个按键：等幅、方波、外调制+、外调制-和教学按键，本次实验用的是方波状态；下面有两个输出和一个输入，即RF输出，电压输出和外调制输入。
2、隔离器：抑制干扰。
3、波长表：读取信号发生器上的频率读数，根据频率-测微器刻度对照表来调节波长表的刻度。
4、可变衰减器：相当于可调电位器，旋动有刻度标示的旋钮，可以改变吸收片插入波导的深度，进而达到改变衰减量的问题。
5、波导测量：连接选频放大器，主要部件是测量线，通过旋动测量线上的旋钮，可以在选频放大器上读出相邻波腹和波节点的最大值和最小值。
6、被测件：包括断路器和开路器。
7、选频放大器a仪器面板的配置和功能如下：输入电压细调：此旋钮用于调整输入信号衰减量，左旋到底，衰减最大；右旋到底，衰减最小。
衰减量调节范围约为1—10倍。
输入电压步进开关: 用于衰减输入电压信号。
分为四档，即x1，x10，x100和x1000。
在x1档时灵敏度最高，对输入信号无衰减；x10, x100 和x1000档时，衰减量分别为10，100和1000倍。
频率选择开关：分为四档：1：宽带（400Hz—10KHz）2：1KHz （500Hz—1100Hz）3：2KHz （900Hz—2.2 KHz）4：5KHz （1.8KHz—5.2 KHz）开关在２，３，４档时为窄带，在１档时为宽带。
电磁场理论实验指导书1301
电磁场理论实验指导书叶明钟顺时施燕晨上海大学通信与信息工程学院2013-01-19注意事项一、实验前应完成各项预习任务。
二、实验内容含基础性验证实验和设计性实验。
三、开启仪器前先熟悉实验仪器的使用方法。
四、实验过程中应仔细观察实验现象，认真做好实验结果记录。
五、培养踏实、严谨、实事求是的科学作风。
自主完成实验和报告。
六、爱护公共财产，当发生仪器设备损坏时，必须认真检查原因并按规定处理。
七、保持实验室内安静、整洁和良好的秩序，实验后应切断所用仪器的电源,并将仪器整理好。
协助保持实验室清洁卫生, 带出自己所产生的赃物。
八、不迟到，不早退，不无故缺席。
按时交实验报告。
九、实验报告中应包括：1、实验名称。
2、实验目的。
3、实验内容、步骤，实验数据记录和处理。
4、实验中实际使用的仪器型号、数量等。
5、实验结果与讨论，并得出结论，也可提出存在问题。
6、思考题。
实验内容目录（具体实验内容按指导教师安排）1．实验一电磁波的反射与折射2．实验二电磁波辐射能量的分布和电磁波的极化3．实验三电磁波检测天线的设计制作与测试4．实验四电磁波传播特性实验基础性实验目的：学生通过实验观测加深对电磁场理论课中所述现象和结论的理解, 从而有助于对课程相关知识点的掌握。
实验一 电磁波的反射与折射1. 实验目的1、研究电磁波在良导体表面上的反射。
2、研究电磁波在理想介质表面上的反射与折射。
3、研究电磁波无反射的条件。
2. 实验原理1). 均匀平面电磁波斜入射到两种不同媒质分界面上的反射与折射当平面电磁波以入射角1θ斜入射于媒质分界面上时，一般既有反射又有折射。
今以平行极化波为例，如图1-1所示。
图 1-1 平行极化波的斜入射 图1-2 平面波对平面夹层的垂直入射入射场为：)cos sin (1)cos sin (011111111ˆ)sin ˆcos ˆ(θθθθηθθz x jk i z x jk i e E ye E z x+-+-=-=i i H E反射场为：)cos sin (1)cos sin (0'1'1'1'11'1'11ˆ)sin ˆcos ˆ(θθθθηθθz x jk r z x jk r e E ye E z x +---=+-=r r H E折射场为：)cos sin (220)cos sin (2022222222ˆ)sin ˆcos ˆ(θθθθηθθz x jk z x jk eE ye E z x +-+-=-=22H E各场量的关系可利用边界条件确定。
电磁场实验指导书(学生用dinggao1)
实验一：验证电磁波的反射和折射定律实验性质：验证性实验级别：必做开课单位：信息与通信工程学院学时：1一、实验目的（1）研究电磁波在良好导体表面上的反射。
（2）研究电磁波在良好介质表面上的反射和折射。
（1）研究电磁波全反射和全折射的条件。
二、实验原理与说明（1）电磁波斜投射到不同媒质分界面上的反射和折射为讨论和分析问题简便，下面所提到的电磁波均指均匀平面电磁波，如下图1所示：入射角斜投射时，入射波、反射波和折射在媒质分界面上有一平行极化波，以1波的电磁场可用下列公式表示：入射波场E 1(01E = x 1θSin +z )111(1)θθβθxSin xCos j e Cos +--H 1 =y101ηE )(111θθβxSin xCos j e+--折射波场E 2=E 02 ( x 2θSin +z )2(212)θθβθxSin xCos j e Cos +--H 2 =y202ηE )22(2θθβxSin xCos j e+--以上各式中1η、2η 分别表示波在两种媒质中的波阻抗。
由边界条件可知，在分界面上x=0处，有t t E E 21=，t t H H 21=。
同时，三种波在分界面处必须以同一速度向Z 方向传播，即它们的波因子必须相等，则有：2211θβθβSin Sin =由此得：'11θθ=上式表明，媒质分界面上反射角等于入射角，即反射定律。
由式得121112120101212θεεθθεμεμθββθSin Sin v v Sin Sin Sin ====上式即折射定律或斯耐尔定律。
在x=0处，把式和式代入式，并根据t t E E 21=，t t H H 21=，则得 (2021'0101)θθCos E Cos E E =-022'010111)(1E E E ηη=-对上两式联力求解，得平行极化波在媒质分界面上的反射系数//R 和折射系数//T 分别为'1111θβθβSin Sin =2211221101//'01θηθηθηθηCos Cos Cos Cos E E R +-==下面对平行极化波在媒质分界面上全折射的条件进行分析。
电磁场理论实验指导书1301.
实验三电磁波检测天线的设计制作与测试实验目的：通过对不同检测天线的设计、制作、测试，了解天线形式、性能对电磁波检测的影响，从而增加对天线的感性认识。
实验原理：能够辐射和接收电磁波的装置称为天线，用射频功率信号发生器作为发射源，通过发射天线产生电磁波。
如果将另一副天线置于该电磁场中，就能在天线体上感生高频电流，该天线即称为接收天线（注：无源天线满足天线互易定理）。
一定条件下接收天线离发射天线越近，电磁波功率越强，接收天线所得到的感应电动势越大。
用接收天线和感应发光装置构成一个完整的电磁感应检测装置。
电磁感应装置的接收天线可采用多种天线形式，相对而言性能优良，但又容易制作，成本低廉的天线形式有：半波振子天线、环形天线、螺旋天线等。
本实验建议采用不同长度的对称振子天线和不同半径的圆环天线。
实验内容： 1．依据仪器说明书和仪器设备的面板及相应的端口功能名称、按钮，自行学习、掌握相关仪器的基本使用。
2．按对称振子二种不同的长度(学生自行设计确定尺寸（l <λ/2）进行实验检测，并将结果填于表 3-1 并分析。
3．按小环天线二种不同的周长(学生自行设计确定尺寸（C<λ/0.1）进行实验检测，并将结果填于表 3-1 并分析。
表 3-1 实验序号 1 2 3 4 天线形式对称振子 1 对称振子 2 小圆环 1 小圆环 2 天线长度/直径相同场点时电压幅值结果分析 15注意事项 1．按下 TX 按钮时，若 ALM 红色告警灯亮，应立即停止发射，检查波段插口与波段开关是否对应，发射天线是否接好，否则会损坏仪器。
如有问题请自行分析检查。
2．实际检测时，不能将检测天线及感应灯靠近发射天线的距离太小，否则可能会烧毁感应灯。
（置于 15cm 以外，或视感应灯亮度而定）。
3．尽量减少按下 TX 按钮的时间，以免影响其它小组的测试准确性。
4．测试时尽量避免人员走动，以免人体反射影响测试结果。
报告要求 1．画出实验系统原理框图，并说明。
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电磁场实验指导书北京信息科技大学目录实验一球形载流线圈的场分布与自感 (1)实验二磁悬浮 (7)实验三静电除尘 (10)前 言结合电磁场课程教学的电磁场实验课是完善教学效果，增进学生对电磁场现象和过程的感性认识，拓展有关电磁场工程应用知识面的重要环节。
随着教学改革不断深化的进程, 电磁场教学实验在承接大学物理电磁学实验基础上的改进与提高势在必行。
根据高等学校电磁场课程教学的基本要求，以电磁场系列实验课开设的需求为依据，我电磁场课程组设计、编写了电磁场实验教学的新内容，并在浙江大学求是公司的共同规划下，由该公司制作完成了第一阶段的三个实验的基本装置和设备，以应当前我国电磁场实验教学的实际需要。
实验一：球形载流线圈的场分布与自感一、实验目的1. 研究球形载流线圈（磁通球）的典型磁场分布及其自感参数；2. 掌握工程上测量磁场的两种基本方法──感应电势法和霍耳效应法；3. 在理论分析与实验研究相结合的基础上，力求深化对磁场边值问题、自感参数和磁场测量方法等知识点的理解，熟悉霍耳效应高斯计的应用。
二、实验原理（1）球形载流线圈（磁通球）的磁场分析如图11所示，当在z 向具有均匀的匝数密度分布的球形线圈中通以正弦电流i 时，可等效看作为流经球表面层的面电流密度K 的分布。
显然，其等效原则在于载流安匝不变，即如设沿球表面的线匝密度分布为W ′，则在与元长度d z 对应的球面弧元d R 上，应有图1-1球形载流线圈（磁通球） i 图1-2 呈轴对称性的计算场域()d d N W R θi=z i 2R ⎛⎫'⎪⎝⎭因在球面上，θcos R z =，所以 ()d d cos sin d z R R θθθ==代入上式，可知对应于球面上线匝密度分布W ′，应有2sin d sin d 2N R R N W R Rθθθθ⋅'== 即沿球表面，该载流线圈的线匝密度分布W ′正比于θsin ，呈正弦分布。
因此，本实验模拟的在球表面上等效的面电流密度K 的分布为sin N i 2RK e φθ=⋅⋅ 由上式可见，面电流密度K 周向分布，且其值正比于θsin 。
因为，在由球面上面电流密度K 所界定的球内外轴对称场域中，没有自由电流的分布, 所以, 可采用标量磁位m 为待求场量，列出待求的边值问题如下：上式中泛定方程为拉普拉斯方程，定解条件由球表面处的辅助边界条件、标量磁位的参考点，以及离该磁通球无限远处磁场衰减为零的物理条件所组成。
通过求解球坐标系下这一边值问题，可得标量磁位m1和m2的解答，然后，最终得磁通球内外磁场强度为 (1-1) 和()()32m22cos sin 6r Ni R - r>R R r θϕθθ⎛⎫=∇=+ ⎪⎝⎭H e e (1-2)()()()()()()2m12m2t1t212n n1n20102m102m2,0,0sin 200r r r r r r r R r r R N H H H H K i r R R B B H H r R θθϕθϕθθμμϕϕ=→∞→∞⎧⎪∇=<⎪⎪∇=>⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪-=-===⎪⎪⎨⎪⎪=→==⎩⎪⎪=⎪⎪=-∇=⎪⎩H 泛定方程:BC:()()1m1cos sin 3r Ni - - r<R R θϕθθ=∇=H e e基于标量磁位或磁场强度的解答，即可描绘出磁通球内外的磁场线分布，如图13所示。
由上述理论分析和场图可见，这一典型磁场分布的特点是：ⅰ）球内H 1为均匀场，其取向与磁通球的对称轴（z 轴）一致，即 ()11cos -sin 33r z z Ni Ni H R Rθθθ===H e e e e (1-3) ⅱ）球外H 2等同于球心处一个磁偶极子的磁场。
（2）球形载流线圈自感系数L 的分析计算在已知磁通球的磁场分布的情况下，显然就不难算出其自感系数L 。
现首先分析如图1-4所示位于球表面周向一匝线圈中所交链的磁通，即()201d πsin H R φμθ⎡⎤'=⋅=⎣⎦⎰SB S 然后，便可分析对应于球表面上由弧元d R θ'所界定的线匝d W 所交链的磁通链d ψd d sin d 2N W R R ψφφθθ⎛⎫''=⋅=⋅⋅ ⎪⎝⎭这样，总磁通链 就可由全部线匝覆盖的范围，即θ'由0到 的积分求得d Li ψψ==⎰最终得该磁通球自感系数L 的理论计算值为R N L 0292μπ= (1-4) 在实验研究中，磁通球自感系数L 的实测值可通过测量相应的电压、电流来确定。
显然，如果外施电源频率足够高，则任何电感线圈电阻在入端阻抗中所起的作用可被忽略。
此时，其入端电压和电流之间的相位差约等于90°，即可看成一个纯电感线圈。
这样，由实测入端电压峰值与电流峰值之比值，即可获得感抗ωL 的实测值，由此便得L 的实测值。
（3）感应电势法测磁感应强度若把一个很小的测试线圈放置在由交变电流激磁的时变磁场中，则根据法拉第电磁感应定律，该测试线圈中的感应电动势d de tψ=- (1-5)图1-3 场图（H 线分布） 图1-4 磁通φ 的计算用图式中，ψ为与测试线圈交链的磁通链。
如果测试线圈的轴线与磁场方向相一致，且磁场由正弦交变电流激励，那末，对应于式(1-5)的有效值关系为12πE fN ωψφ== 由于测试线圈所占据的空间范围很小，故测试线圈内的磁场可近似认为是均匀的，因此有=BS =0HS ，从而，被测处的磁感应强度(1-6)式中，N 1 为测试线圈的匝数； E 为测试线圈中感应电势的有效值（V ）；B 为被测处磁感应强度的有效值（T ）；f 为正弦交变电流的频率，本实验采用5 kHz 的交流；S 为测试线圈的等效截面积（m 2）(关于S 的计算方法参阅附录1)。
（4）霍耳效应法测磁感应强度霍耳元件被制备成一块矩形(b ×l )半导体薄片，如图15所示。
当在它的对应侧通以电流I ，并置于外磁场B 中时，在其另一对应侧上将呈现霍耳电压V h ，这一物理现象称为霍耳效应。
霍耳电压为 ()h h l b R V IBf d = (1-7) 式中，R h 为霍耳常数，取决于半导体材料的特性；d 是半导体薄片的厚度；f (l /b )是霍耳元件的形状系数。
由式(1-7)可见，在R h 、d 、I 、f (l /b )等参数值一定时，V h B (B n )。
根据这一原理制成的霍尔效应高斯计，通过安装在探棒端头上的霍尔片，即可直接测得霍尔片所在位置的磁感应强度的平均值（T 或Gs ，1T=104Gs ）。
本实验采用5070型高斯计，它既可测量时变磁场，也可测量恒定磁场（该高斯计使用方法简介参阅附录2）。
应指出，在正弦交流激励的时变磁场中，霍尔效应高斯计的磁感应强度平均值读数与由感应电势法测量并计算得出的磁感应强度的有效值之间的关系为 av 2209πB B .B =≈ (1-8)三、实验内容 （1） 测量磁通球轴线上磁感应强度B 的分布ⅰ) 沿磁通球轴线方向上下调节磁通球实验装置中的测试线圈，在5 kHz 正弦交变电流（I = 1 A ）激励情况下，每移动1 cm 由毫伏表读出测试线圈中感应电势的有效值E ，然后，应用式(1-6)计算磁感应强度B ；ⅱ) 在上述激磁情况下，应用5070型高斯计及其探棒，通过调节探棒端头表面位置，使之有最大霍耳电压的输出（即高斯计相应的读数最大），此时，探针面应与磁场线正交。
由此可以12πE B fSN =图1-5 霍尔效应示意图由高斯计直接读出磁通球北极（r = 0，z = R）处磁感应强度B av。
（2）探测磁通球外部磁场的分布ⅰ) 在5 kHz正弦交变电流（I = 1 A）激励情况下，继续探测磁通球外部磁场的分布。
测试表明，磁场分布如同图1-3所示：磁场正交于北极表面；在赤道（r = R，z = 0）处，磁场呈切向分布；磁通球外B的分布等同于球心处一个磁偶极子的磁场；ⅱ) 在直流（I = 1 A）激励情况下，应用高斯计重复以上探测磁通球外部磁场分布的实测过程，并定量读出磁通球北极（z = R）处磁感应强度B。
（3）磁通球自感系数L的实测值本实验在电源激励频率为5 kHz的情况下，近似地将磁通球看作为一个纯电感线圈。
因此，通过应用示波器读出该磁通球的激磁电压u(t)和电流i(t)的峰值 [本实验中，i(t)的波形可由串接在激磁回路中的0.5 Ω无感电阻上的电压测得]，即可算出其电感实测的近似值L。
应指出，以上电压峰值读数的基值可由示波器设定，而电流峰值读数的依据既可来自于数字电流表的有效值读数，也可来自于0.5 Ω无感电阻上的电压降。
（4）观察电压、电流间的相位关系应用示波器观察磁通球的激磁电压u(t)和电流i(t)间的相位关系；四、实验报告要求（1）画出沿磁通球轴线B(z )r=0的分布曲线，并按式(1-1)或式(1-3)的解析解，分析讨论理论值与实测值之间的对应关系，以及磁通球内磁场分布的特征；（2）对磁通球北极处在交流激磁（I = 1 A）情况下测试线圈和高斯计的读数，以及在直流激磁（I = 1 A）情况下高斯计的读数，予以比较，并进而给出该处磁感应强度B的实测值与理论值之间的比较；（3）计算磁通球自感系数L的实测值，并按式(1-4)由磁通球的设计参数算出自感系数L 的理论值，加以比较和讨论；（4）对实验内容（4）所观察的电压、电流间的两种相位关系，给出分析和讨论。
名称型号、规格数量备注磁通球球半径R = 5 cm线匝数N = 131 匝材料：环氧树脂（0）无感取样电阻（0.5 Ω）1精心缠绕的线匝模拟了z向具有均匀匝数密度分布的磁通球的设计要求磁通球激磁电源直流：0 ~ 1.3 A交流：5 kHz，0 ~ 1.3A1交流毫伏表0 ~ 100 mV1测试线圈内径R1 = 1.0 mm外径R2 = 3 mm线圈寛度b = 1.5 mm线匝数N1 = 601示意图见附录1六、附录 （1）测试线圈等效截面积的计算测试线圈的轴向剖面图如图1-6所示。
由于线圈本身的尺寸很小，故线圈内的磁场分布可近似认为是均匀的。
图中半径为r ，厚度为d r 的薄圆筒状线匝所包围的轴向磁通为 220ππΦB r H r μ== 故与该薄筒状线匝所交链的磁通链为()21021d d πb r N H r b R R ψμ=- 式中()121d b r N b R R -是薄筒状线圈对应的匝数。
将上式取积分，就可求出测试线圈的磁通链()212221*********ππd d 3R R N H N H r r R R R R R R μμψ=ψ==++-⎰⎰ 因此，测试线圈的等效截面积为()221122π3S R R R R =++ （2）5070型高斯计的使用方法（简介）本实验应用的5070型高斯计配有横向探棒，其结构示意图如图1-7所示。