磁场测量与描绘实验
大学物理实验磁场的描绘实验报告
大学物理实验磁场的描绘实验报告
本文旨在报告一次大学物理实验，用来描绘一个磁场。
该实验使用一种叫做磁恢复效应（Magnetic Recoery Effect）的测量技术，它可以用来测量磁场的分布和强度，从而使研究人员对磁场的描绘有更深入的了解。
研究的第一步是设置实验台。
实验台非常简单，由基板上的一系列磁性物体组成，像石墨、铁片、电线等。
在实验台上，这些磁性物体可以用来使磁场有更清晰的分布，也可以用来识别出磁场的强度。
研究的第二步是使用特殊的磁敏感仪器来测量实验台上的磁场。
磁敏感仪器能够将磁场的方向、强度和分布等信息转换为电子信号，从而使得研究人员能够精确地分析磁场分布并得出结论。
研究的第三步是数据分析与结论得出。
在这个阶段，研究人员就可以将刚刚测量出来的电子信号转换为可视化的形式，以便于更清楚地描绘出磁场的分布。
此外，利用物理理论，研究人员还可以得出一系列关于磁场的结论，包括磁场的性质和特性等。
本实验的结果表明，可以通过磁恢复效应技术，成功地描绘出一个磁场的分布和强度。
在实际应用中，我们可以利用这种方法来探究自然界中各种物质及其特性的相互作用，也可以为未来科学技术的发展提供有力的依据。
总之，这次大学物理实验的结果表明，磁恢复效应实验可以在正确的条件下成功地描绘出一个磁场的分布和强度，为未来科学技术的发展提供了重要的信息。
磁场的形成与变化的实验观察磁场线的实验测量与描述
磁场的形成与变化的实验观察磁场线的实验测量与描述磁场是我们日常生活中常见的自然现象之一，它对于电磁感应、电磁波传播等现象都起着重要的作用。
了解磁场的形成与变化对于理解和应用这些现象都具有重要意义。
为了观察和测量磁场，我们可以进行一系列的实验，从而有效地描述磁场的特征和变化。
一、实验装置与步骤1. 实验装置为了观察和测量磁场，我们需要准备以下实验装置：- 磁铁：可以使用直棒形磁铁或者磁铁棒。
- 磁铁支架：用于固定磁铁，确保其位置稳定。
- 磁场感应仪：用于测量磁场的强度和方向。
可选用磁感应强度计或指南针。
- 纸片或玻璃管：用于放置磁铁，并在其上记录磁场线。
2. 实验步骤根据以下步骤进行实验观察和测量：（1）将磁铁插入磁铁支架上，确保磁铁竖直放置，并固定好。
（2）将磁感应仪放置在待测磁场的位置，并记录测量结果。
如果使用指南针，需要确保指南针处于水平状态。
（3）将纸片或玻璃管放置在磁铁附近，并固定好。
（4）轻轻撒上一层细铁末或撒上铁屑，并观察其在纸片或玻璃管上的分布情况。
二、实验观察与实验测量1. 磁场的形成将磁感应仪置于磁铁附近，可以观察到指针或磁感应强度计的指示会发生变化。
这表明磁场是由磁铁产生的，并且具有方向性。
根据实验观察，我们可以发现磁场的形成主要与磁铁的磁性有关。
2. 磁场的方向使用磁感应仪进行测量时，指针或磁感应强度计会指向磁场的方向。
我们可以将磁感应仪从不同的位置移动，观察指针或磁感应强度计的指示方向的变化。
通过多个测量点的观察，我们可以绘制出磁场线的方向。
磁场的方向是从磁铁的北极指向南极。
3. 磁场的强度使用磁感应仪进行测量时，可以得到磁场的强度。
根据指针或磁感应强度计的偏转程度，可以判断磁场的相对强弱。
磁感应强度计通常会标有一定的刻度，可以通过刻度读数进行磁场强度的近似测量。
4. 磁场的变化我们可以通过调整磁铁的位置、形状或者使用不同磁铁来观察磁场的变化。
例如，改变磁铁与磁感应仪的距离、磁铁的朝向等，都会引起磁场的变化。
13磁场的描绘与测量
实验十三 磁场的描绘与测量实验目的1．了解感应法测量磁场的原理．2．研究载流圆线圈轴向磁场的分布，加深对毕奥-沙伐尔定律的理解．3．描绘载流圆线圈轴向平面上的磁力线和亥姆霍兹线圈的磁场均匀区． 仪器与用具亥姆霍兹线圈，探测线圈，音频振荡器，交流毫伏表，交流毫安表，坐标纸等． 实验原理1． 1．载流圆线圈轴线上磁场的分布图13-1 图13-2根据毕奥一沙伐尔定律，载流圆线圈轴线上任一点P(见图13-1)的磁感应强度为：232012-⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫⎝⎛+=R X R I B μ (13-1)式中I 为圆线圈中的电流强度，R 为线圈的半径，X 为P 点至圆心点的距离，μ0叫真空磁导率(μ0＝４π×10-7N ·m 2)．B ～x 曲线如图13-2所示． 显然，在圆心处(X=0)的磁感应强度为B 0=μ0I/2R,所以，2321-⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+=R X B B(13-2) 2．磁场的测量测量磁场的方法有多种，本实验采用感应法，当线圈中输入交变电流时，其周围空间必定有变化磁场，可利用探测线圈置于交变磁场中所产生的感应电动势来量度磁场的大小，当线圈内通以正弦交变电流时，则在空间形成一个正弦交变的磁场，磁感应强度为：t B B mωs i n =轴线上任意一点P 处(距圆心O 的距离为X)的磁场感应强度(峰值)为mmX B R X B 02321-⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+= (13-3)式中moB 为X=0处磁感应强度的峰值，设探测线圈为平面线圈，面积为S ，匝数为N ，其法线与磁感应强度之间的夹角为θ，则通过该线圈的磁通量为： Φ=NSBc0s θ=NSBmcos θsin ωt 根据电磁感应定律ε=-d Φ/dt ，得 ε=-NSBm ωcos θcos ωt=-εmsin ωt 式中εm=NSBmcos θ，为感应电动势的峰值．在探测线圈两端接入交流毫伏表，测出感应电压(读数为有效值)，它与峰值的关系为θωεcos 22m B NS U ==当θ=0时，即探测线圈的法线方向与磁感应强度B 的方向一致时，感应电动为势最大值：mB NS U 2ω=所以，mB 与U 成正比．因此，我们可利用毫伏表读数的最大值来测定磁场的大小，为了减小系统误差，我们采用比较法进行测量． 轴线上任意一点的U 值与圆心处的0U 值之比为23200)(1-⎥⎦⎤⎢⎣⎡+==R X B B UU(13-5)由此可见，0U U与0B B的变化规律完全相同，实验若能证明2320)(1-⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=R X UU也就证明了2320)(1-⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=R X B B，便验证了毕奥一沙伐尔定律的正确性．磁感应强度是一矢量，因此磁场的测量不仅要测量磁场的大小，还要测出它的方向．磁场的方向如何确定呢?磁场的方向，本来可用毫伏表读数最大值时所对应的探测线圈法线方向来表示，但是磁通量的变化率小，难以测准，因此测定的方向误差较大．当探测线圈法线方向与磁场方向垂直时，Φ的变化率最大，容易测准，故测量的误差较小．所以，我们利用毫伏表读数最小时，与探测线圈法线方向相垂直的方向来确定磁场的方向． 实验内容1．测量载流线圈轴线上磁场分布本实验所用仪器是磁场描绘仪如图13-3，它由两圆线圈(亥姆霍兹线圈)、工作平台、探测线圈、音频振荡器、交流毫安表和交流毫伏表等构成，两线圈竖直嵌放在工作平台上，一半露出平台，彼此平行，轴线相互重合，平台上的X 轴线对准线圈的中心轴线．探测线圈，是一只带刻度圆盘底座的小线圈，盘的底面圆心处有一小铜钉，可用来确定磁场中待测点的位置(见图13-4)．(1)在仪器平台右半部贴张坐标纸，坐标纸上的X 、Y 轴应与台面上相应的轴线对齐，坐标原点取在圆线圈的几何中心上．(2)把右边一线圈与音频振荡器输出端钮相接，再把电流调节旋钮向左旋到底，振荡器接上电源，接通开关，调节输出电流为适当的数值(实验室给出)，测量过程中保持恒定．图13-3探测线圈与毫伏表相接，把有机玻璃尺放到平台上，使尺的小孔正对坐标原点0，再把探测线圈放在尺上，使其小钉插入尺的小孔中(即探测线圈位于坐标原点处)，按住有机玻璃尺，细心旋转探测线圈，使毫伏表读数为最大值，记为U 0值．(4)仿前办法，把探测线圈置于X=10mm 、20mm ……各处，分别测出最大值U 10、U 20 ……． (5)作U ～X 的分布曲线．(6)根据上述测量数据，按公式0B B＝0U U求出X 轴上各点的B B 的实测值．图13-4(7)将圆线圈的半径R和X的值代入公式(13-5)，算出X 轴上相应各点的B O理论值．(8)将测量数据填入下表，并与理论值加以比较．计算B/B O的实测值与理论值的相对误差，验证毕奥—沙伐尔定律．(1)把励磁电源改接到左边一只线圈上，仿1之(2)、(3)、(4)测读U10′、U20′、……(注意：所用电流应保持和前面的相同)．(2)把左右两线圈串接(两线圈的首尾相接)到励磁电源上，仍使电流为原值，取左边线圈的中心为原点，测读X=10、20、30……各点处的感应电压(最大值)U10′、U20′……．(3)验证叠加原理：磁场的叠加是矢量叠加，为简单起见，我们可在X轴上选二至三个点进行验证．3．描绘载流圆线圈轴向平面的磁力线．(1)仿照1之(1)、在平台上铺一张坐标纸将四角粘住，以原点O为对称中心，沿Y轴等间隔的描记五个点：a、b、0、c、d、以此五点为始点，描绘五条磁力线．(2)把有机玻璃尺到放平台上，并使尺上的小孔正对坐标纸上O点，然后把探测线圈装在尺上(底面铜钉插入小孔)．旋动探测线圈，使毫伏表读数为最小，用铅笔记下O 0，刻线位置O1点，移开小尺和探测线圈，画出O、O1连线，该连线由O指向O1的方向，即为O点B的方向，在把小尺的小孔正对O1点，装上探测线圈，按同样办法找出O1点的磁场方向，如果逐一测出第三、第四……诸点磁场的方向，并逐次画出连线，这便是O点为始点的磁力线．(3)仿前办法，作以a、b、c、d各点为始点的磁力线．4．描绘亥姆霍兹线圈中的磁场均匀区．(1)电路连接和励磁电流与步骤2之(2)相同，把探测线圈置于两线圈之间的坐标纸上，测出中央一点的U0值(见图13-3)．(2)用探测线圈在O点周围寻出感应电压等于U 0值的各点，画出均匀磁场区．(3)再用探测线圈在O点以外找出感应电压等于(10.0±0.1)U0值的各点，画出相对于中央(O点)场强的相对误差不超过±1%的均匀磁场区域．思考与问答1．如果圆圈中通以直流电，空间各点的磁场如何测量?2．本实验是如何验证毕奥一沙伐尔定律的?3．如何测定磁场的方向?磁力线是如何描绘出来的?。
研究电磁场分布的磁场描绘实验
研究电磁场分布的磁场描绘实验引言：电磁场是物理学中非常重要的一个概念，涉及到许多领域和应用。
研究电磁场的分布及其特性对于了解其行为以及相关应用非常关键。
本文将介绍一种常用的磁场描绘实验，该实验可用于检测和描述磁场的分布情况。
一、实验目的：本实验的主要目的是研究电磁场的分布情况，进一步了解磁场的性质和特点，以便应用于各种相关领域，例如电机、发电机、电磁感应等方面。
二、实验原理：实验中将运用安培环和安培表进行实验。
安培环是一个绕成环状的导线圈，用于产生磁场和测量磁感应强度。
安培表则是用来测量电流强度的仪器，可以通过电流强度来检测和描述磁场分布情况。
三、实验准备：1. 准备一个安培环：安培环由一段绝缘导线绕成环状，导线的直径和长度可以根据实验需求进行选择，确保其能够产生足够强的磁场。
2. 准备安培表：安培表是用来测量电流强度的仪器，常见的有指针式和数字式两种。
选择适当的安培表，确保其能够准确地测量实验中的电流强度。
3. 所需实验工具：除了上述的安培环和安培表之外，还需要一台稳定的电源以及连接导线等实验工具。
4. 实验布置：将安培环的一端连接到电源的正极，另一端连接到安培表。
确保连接牢固，电路是连通的。
四、实验过程：1. 开启电源：打开电源，调节电流强度的大小。
2. 测量电流强度：使用安培表测量安培环中的电流强度，并记录下来。
可以在安培表上选择合适的量程和测量方式。
3. 移动安培环：将安培环慢慢移动到我们想要研究的地方或区域。
在每个位置，测量并记录电流强度。
4. 绘制磁场图：将测得的电流强度数据绘制成磁场图。
根据电流强度的大小可以用不同的颜色或粗细来表示。
通过连接相同强度的电流线，可以清晰地显示出磁场的分布情况。
五、实验应用：该实验的研究结果可用于各种实际应用中，如：1. 电机和发电机设计：通过研究磁场分布情况，可以优化电机和发电机的设计，改善效率和性能。
2. 电磁感应实验：磁场描绘实验可以帮助我们理解电磁感应的原理，为相关实验提供依据和数据支持。
磁场的测量与描绘实验报告
磁场的测量与描绘实验报告磁场的测量与描绘实验报告引言：磁场是我们日常生活中常见的物理现象之一，它在电磁学、物理学等领域有着广泛的应用。
为了更好地理解和研究磁场，我们进行了一系列的测量与描绘实验。
本报告将详细介绍实验的目的、方法、结果和讨论。
实验目的：本次实验的主要目的是测量和描绘磁场的强度和方向，并探究磁场的分布规律。
通过实验，我们希望能够加深对磁场的理解，并掌握相关测量技术。
实验方法：我们使用了一台精密的磁场测量仪器，该仪器能够准确测量磁场的强度和方向。
首先，我们将磁场测量仪器放置在一个平整的桌面上，并确保其水平放置。
然后，我们使用一个磁铁作为磁场源，将其放置在测量仪器的上方。
在测量过程中，我们保持磁铁与测量仪器的距离不变，以确保测量结果的准确性。
在实验过程中，我们将磁场测量仪器的探测器从磁铁上方向四周移动，并记录每个位置的磁场强度和方向。
我们选择了不同的距离和方向，以获得更全面的数据。
同时，我们还注意到环境中的其他磁场干扰，并尽量减小其对实验结果的影响。
实验结果：通过实验测量，我们得到了一系列的磁场强度和方向数据。
我们将这些数据整理并绘制成图表，以便更好地观察和分析。
首先，我们绘制了磁场强度随距离的变化曲线图。
从图中可以看出，磁场强度随着距离的增加而减小，符合磁场的反比关系。
此外，我们还发现磁场强度在距离较近的地方变化较快，在距离较远的地方变化较缓。
这与我们对磁场的理解相符。
其次，我们绘制了磁场方向的分布图。
通过观察图表，我们发现磁场的方向呈现出一定的规律性。
在磁铁上方，磁场方向垂直于磁铁表面，并指向磁铁内部。
而在磁铁周围，磁场方向呈环形分布，并指向磁铁的南极和北极。
这些结果与我们对磁场的认知相符。
讨论与结论：通过本次实验，我们对磁场的测量和描绘有了更深入的了解。
我们发现磁场的强度随距离的增加而减小，并且在距离较近的地方变化较快，在距离较远的地方变化较缓。
同时，我们还观察到磁场的方向呈现出一定的规律性，与磁铁的极性有关。
磁场的描绘实验报告
一、实验目的1. 理解磁场的基本概念和磁场线的分布规律。
2. 掌握利用霍尔效应测量磁场的方法。
3. 通过实验，描绘特定条件下的磁场分布，并分析其特点。
二、实验原理磁场是描述空间中磁力作用的场。
磁场线是表示磁场方向和强弱的线，磁场线的疏密程度反映了磁场的强弱。
霍尔效应是一种测量磁场的方法，利用霍尔元件在磁场中的电压变化来测量磁场的强度。
三、实验仪器1. 霍尔元件2. 数字多用表3. 磁铁4. 导线5. 支架四、实验步骤1. 将霍尔元件固定在支架上，确保其与磁铁平行。
2. 将导线连接霍尔元件和数字多用表，调整数字多用表至电压测量模式。
3. 将磁铁放置在霍尔元件附近，调节磁铁与霍尔元件的距离，观察数字多用表显示的电压值。
4. 记录不同距离下的电压值，分析磁场强度与距离的关系。
5. 改变磁铁的方向，重复步骤3和4，观察磁场强度与方向的关系。
6. 绘制磁场强度与距离、方向的曲线图。
五、实验结果与分析1. 霍尔元件在不同距离下的电压值与磁场强度成正比关系，说明磁场强度随距离的增加而减小。
2. 当磁铁方向改变时，霍尔元件的电压值也相应改变，说明磁场强度与方向有关。
3. 通过绘制磁场强度与距离、方向的曲线图，可以直观地描绘磁场的分布。
六、实验结论1. 霍尔效应可以有效地测量磁场强度。
2. 磁场强度与距离、方向有关，随距离的增加而减小，随方向的改变而改变。
3. 通过实验，我们掌握了磁场的基本概念和磁场线的分布规律，为进一步研究磁场在生活中的应用奠定了基础。
七、实验注意事项1. 实验过程中，确保霍尔元件与磁铁平行，以免影响测量结果。
2. 调节磁铁与霍尔元件的距离时，注意观察数字多用表显示的电压值，以免超出测量范围。
3. 实验结束后，整理实验器材，保持实验室整洁。
八、实验拓展1. 研究不同形状、不同材料的磁铁的磁场分布。
2. 利用霍尔效应测量地球磁场的强度和方向。
3. 探究磁场在生活中的应用，如磁悬浮列车、磁共振成像等。
磁场描绘实验报告
磁场描绘实验报告磁场是我们日常生活中经常接触到的物理现象，然而对于磁场的理解和描绘仍有很多的未知和困惑。
为了更好地了解磁场的本质和特性，我们进行了磁场描绘实验，以期得到更加深入的认识和理解。
实验过程：首先，我们使用电流表测量了一个螺线管的电流与磁场之间的关系。
随着电流的增加，磁场的强度也逐渐增大。
这表明电流在螺线管中可以产生磁场，从而证实了安培环流定理。
接下来，我们将一个小指南针放在螺线管的中央，然后在螺线管两端的磁场中移动指南针。
通过观察指针的指向，我们可以清楚地看到磁场强度和方向的变化。
然后，我们将一个圆形磁铁放在桥架上，然后在其周围的不同位置使用指南针测量磁场的强度和方向。
我们发现磁场在磁铁两端的强度最大，但磁场方向在不同位置是不一样的。
这是因为磁铁产生的磁场是一个磁偶极子，其方向垂直于磁极之间的连线。
最后，我们使用磁铁和螺线管进行了电动势实验。
当磁铁通过螺线管时，会产生电动势和电流。
这表明磁场和电场之间存在密切的联系，而电动势的大小取决于磁场的强度和变化率。
实验结论：通过上述实验，我们得出了以下结论：1.电流在螺线管中可以产生磁场，磁场强度随电流增大而增大。
2.磁铁产生的磁场是一个磁偶极子，磁场方向垂直于磁极之间的连线。
3.磁铁两端的磁场强度最大，但磁场方向在不同位置是不一样的。
4.电动势的大小取决于磁场的强度和变化率。
实验意义：磁场描绘实验让我们更深入地了解了磁场的本质和特性，增加了我们对物理学的理解和认识。
同时，学习和掌握磁场的基本原理和相关知识将有助于我们更好地理解电磁学和电动力学，为未来的科研和创新打下坚实的基础。
磁场的描绘实验报告
磁场的描绘实验报告一、实验目的1、掌握用磁感线描绘磁场的方法。
2、了解不同磁场的分布特点。
二、实验原理磁场是一种看不见、摸不着的特殊物质，但可以通过它对放入其中的磁体产生力的作用来感知其存在。
在磁场中，小磁针静止时北极（N 极）所指的方向就是该点磁场的方向。
我们可以通过在磁场中放置许多小磁针，然后观察它们的指向，来描绘出磁场的分布情况。
三、实验器材1、条形磁铁、蹄形磁铁各一块。
2、玻璃板一块。
3、铁屑若干。
4、小磁针若干。
四、实验步骤1、把玻璃板平放在桌面上，在玻璃板上均匀地撒上一层铁屑。
2、把条形磁铁放在玻璃板下方，轻轻敲击玻璃板，观察铁屑的分布情况。
3、用小磁针在磁场中不同位置静止时 N 极的指向，来确定磁场的方向，并在纸上标记出来。
4、用同样的方法，对蹄形磁铁进行实验。
五、实验现象与分析1、条形磁铁现象：铁屑在磁场的作用下形成了一些有规律的曲线，从磁铁的 N 极出发，回到 S 极。
分析：这些曲线就是磁感线，它形象地描绘了磁场的分布情况。
在磁铁的两极附近，磁感线密集，表示磁场较强；在磁铁的中间部分，磁感线较稀疏，表示磁场较弱。
2、蹄形磁铁现象：铁屑同样形成了从 N 极出发，回到 S 极的曲线，但与条形磁铁的磁感线分布有所不同。
分析：蹄形磁铁的两极较为扁平，所以磁感线在两极附近的分布更加集中和密集，而在中间的空洞部分，磁感线较为稀疏。
六、实验注意事项1、撒铁屑时要均匀且适量，避免铁屑堆积影响实验效果。
2、轻敲玻璃板时，力度要适中，以免破坏铁屑的分布。
3、小磁针使用时要轻轻放置，避免其剧烈摆动影响指向的准确性。
七、实验拓展与思考1、如何用实验方法确定磁场的强弱？我们可以通过观察铁屑的密集程度来大致判断磁场的强弱。
铁屑越密集的地方，磁场越强；铁屑越稀疏的地方，磁场越弱。
但这种方法只是一种定性的判断，如果要更精确地测量磁场的强弱，需要使用专门的磁场测量仪器，如高斯计。
2、磁场在实际生活中的应用电动机：利用磁场对电流的作用，将电能转化为机械能。
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实验2 磁场测量与描绘实验指导书
在工业生产和科学研究的许多领域都要涉及到磁场测量问题，如磁探矿、地质勘探、磁性材料研制、磁导航、同位素分离、电子束和离子束加工装置、受控热核反应以及人造地球卫星等。
近三十多年来，磁场测量技术发展很快，目前常用的测量磁场的方法有十多种，较常用的有电磁感应法、核磁共振法、霍尔效应法、磁通门法、光泵法、磁光效应法、磁膜测磁法以及超导量子干涉器法等。
每种方法都是利用磁场的不同特性进行测量的，它们的精度也各不相同，在实际工作中将根据待测磁场的类型和强弱来确定采用何种方法。
本实验仪采用电磁感应法测量通有交流电的螺线管产生的交变磁场，通过这个实验掌握低频交变磁场的测量方法，加深对法拉第电磁感应定律和毕奥—萨伐尔定律的理解及对交变磁场的认识。
一、实验目的
1． 学习交变磁场的测量原理和方法。
2． 学习用探测线圈测量交变磁场中各点的磁感应强度。
3． 掌握载流直螺线管轴线上各点磁场的分布情况。
4． 了解螺线管周围磁场的分布及其描绘方法。
5． 加深理解磁场和电流的相互关系。
二、实验原理
1．交变磁场的测量原理
当导线中通有交变电流时，其周围空间就会产生交变磁场。
当直螺线管通过电流时，在螺线管内就产生磁场。
如果通过的电流是交变电流，则产生的磁场就是交变磁场。
在交变磁场中各点的磁感应强度是随时间变化的，我们一般用磁感应强度的有效值来描述磁场。
交变磁场的测量可以用探测线圈和交流数字毫伏表组成的闭合回路进行测量。
将探测线圈置于被测的磁场中，则根
据法拉第电磁感应定律，通过探测线圈的交变磁通在回路中感应出电动势。
通过测量此感生电动势的大小，就可计算出磁感应强度B 的大小和方向。
2． B 的大小和方向确定
通常为了精确测量磁场中某一点的磁感应强度，探测线圈都做得很小，
因此线圈平面内的磁场可以认为是均匀的。
如图1所示，若线圈的横截面积
为S ，匝数为N ，置于载流螺线管产生的待测交变磁场B 中，线圈平面的法
线n 与磁感应强度B 的夹角为θ，则通过该线圈的磁通量 θφcos NSB =。
（1）
设磁感应强度B 随时间按正弦规律变化，即
t B B ωsin 0=。
（2）
则磁通量也随时间按正弦规律变化，即
t B NS ωθφsin cos 0=。
（3）
由法拉第电磁感应定律可知，探测线圈中产生的感应电动势为：
（4） t cos B cos S N dt
d 0ωθωφε==
图1
这个感应电动势可用高内阻交流毫伏表测得，但交流毫伏表显示的是电压有效值，而不是瞬时值，因此测得的感应电动势读数是有效值E ε或称方均根值，对上式取有效值，得： E E B S N θωεcos = （5）
其中E B 为探测线圈所在位置的磁感应强度B 的有效值。
由（5）式可知，探测线圈中的感应电动势与线圈放在磁场中的方向与位置有关。
θ越小E ε越大，当o
0=θ时，E ε最大，即此时毫伏表的指示值达到最大值EM ε，此时（5）式便成为E EM SB N ωε=，从而可以得到磁感应强度B 有效值为： （6） 由（6）式可知，只要测出感应电动势的最大值EM ε，就可知道磁感应强度E B 的有效值。
测量的具体方法是：测量时把探测线圈放在待测点，用手慢慢转动探测线圈的方位，直到交流毫伏表指示达到最大值，此时的读数即为EM ε，代入（6）式，即可求出该点的E B 。
磁感应强度是一个矢量，不仅有大小，而且有方向。
由上面分析可知，当交流毫伏表指示达到最大值时，探测线圈平面的法线n 与磁感应强度B 的夹角为o
0，即线圈法线方向和磁场方向在同一直线上。
但用这种方法确定磁场方向精度不高，因为E ε与cos θ成正比，在o 0=θ附近E ε变化不明显。
而在o 90=θ附近变化较显著，因此，可以慢慢转动探测线圈的方位，使交流毫伏表指示为0，此时该点磁场的方向在与线圈法线垂直的方向上。
应该指出，由于磁感应强度是正弦规律变化的，因此当磁感应强度处于正半周时，磁场方向为正方向，当磁感应强度处于负半周时，磁场方向为原来方向的反方向。
3．探测线圈的设计
实验中由于磁场的不均匀性，探测线圈又不可能做得很小，否则会影响测量灵敏度，一般设计的线
圈长度L 和外径D 有 的关系，线圈的内径d 与外径D 有 的关系（本实验选D=16mm ，N=800匝）。
线圈在磁场中的等效面积，经过理论计算，可用 来表示。
这样的线圈测得的平均磁感应强度可看成是线圈中心点的磁感应强度。
本实验励磁电流由市电通过降压变压器供给，因此交变磁场的频率为50Hz 。
4． 螺线管线圈轴线上磁感应强度的理论计算
如图2所示，当交变电流通过螺线管线圈时，且当电流频率不太高时，其中心的磁感应强度近似与恒定电流产生的磁感应强度相等。
根据毕奥—萨伐尔定律，螺线管线圈轴线上任一点的磁感应强度
（7） 螺线管线圈左侧轴线上的磁感应强度（o 190=β）
（8） 磁感应强度的有效值为
（9）
式中270N/A 104-⨯=πμ为真空中的磁导率，n 为螺线管单位长度线圈匝数（32.5匝/mm ），l 为螺线S N B EM E ω
ε=2D 108
13S π=)cos (cos 21200ββμ
-=nI B 000021222
(cos cos )cos 222)2l B nI nI n I D l μμμβββ=-==+（00222()2E E l B n I D l μ=+3D d ≤D 32L =图2
管长度(80mm)，D 为螺线管直径（56mm ），E I 为流过螺线管线圈电流强度I 的有效值。
螺线管的几何尺寸是很容易测定的，因此只要测出流过螺线管线圈的电流E I ，就能在理论上算出E B 0。
为了测量E I ，可用一取样电阻R 与螺线管线圈串联，接上交变电源。
量出R 两端的电压E V ，就能算出流过线圈的电流：
（10） 将（10）式代入（9）式可以得到
（11） 按（11）式就可以计算出线圈中心磁感应强度E B 0的值。
三、实验仪器装置
THMM-1型磁场测量与描绘实验仪，由螺线管线圈L ，探测线圈T ，交流
数字毫伏表，电流取样电组R 等组成，如图（3）所示。
螺线管线圈L 已安装在面板上，为了测量螺线管线圈的电流，在面板上同
时装有取样电阻R 。
励磁电流由市电通过降压变压器供给，探测线圈T 可在面
板上移动，以测量螺线管线圈周围各处的磁场。
交流毫伏表在本实验中有两个用途：一是测量取样电阻R 两端电压，以便
从理论上计算螺线管线圈中心的磁感应强度；二是测量探测线圈中的感应电动势，从而确定所在处磁感应强度的大小和方向。
四、实验内容与步骤
1．螺线管中心轴线磁场的测定
按仪器上面板上的格式在空白纸上画出完全相同的刻度盘，将功能开关打向“检测电压”，按实验原理中所述方法，用探测线圈测出螺线管两侧感应电动势的最大值EM ε，并判断出磁场的方向，将所测EM ε标在刻度盘上，磁场方向用小箭头表示。
然后用同样的方法测出螺线管两侧以外轴线上各点磁场的大小和方向，要求两侧各测10个点以上，并将测量结果标在刻度盘上。
2．螺线管周围磁场的测定
在螺线管轴线两侧分别对称地选择两条曲线，按照上述步骤测出曲线上各点磁场的大小和方向，每条曲线要求测16个点以上，并按上述方法将测量结果标准刻度盘上。
3、将功能开关打向“取样电压”，测出R 两端电压E V ，并记录R 的阻值。
五、课后作业与思考题
课后作业：
1、计算所测各点的磁感应强度，按刻度盘格式裁取坐标纸，将计算结果及磁场方向标注在坐标纸上，然后描出磁感线。
2、分别计算出螺线管线圈轴线上两端磁感应强度B 的理论值，与实验值比较，求相对误差。
思考题：
1．分析本实验磁场测量误差来源。
2．本实验仪所用探测线圈T 具有一定尺寸，而不是一个点，对实验结果是否有影响？
R
V I E E =00222()2
E
E V l
B n R D l μ=+图3。