圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场2008-2009学年学生实验交流

电磁学课程中有关电源的介绍是：电源有电动势和内阻，如果外电路中的阻值发生变化，流过的电流也会随之改变！但在实际应用中，我们经常需要能够精确控制电流的电源（知道应用的例子吗？）——恒流电源。实验课上，恒流源的很多特性出乎同学们的想像，理解起来似乎也有困难！

一个很能激发同学的好奇心的问题是：对一般的电源，将一个电流表直接接在电源的两端会发生什么？如果将一个电流表直接接在恒流电源的两端又会发生什么？（对后一问同学自己可以尝试，只需选择合适的量程。）

为了检验恒流电源的电流指示是否正确，有哪些简便的方法？将一个电阻箱接到恒流电源两端，逐步增大电阻时，恒流电源的电流读数会发生什么变化？电阻箱两端的电压会怎么变化？

由上述这些问题的答案，我们可以归纳出恒流电源的哪些特性？有兴趣去查阅一下资料，对照一下自己的发现。

欢迎有兴趣的同学参与讨论。

做实验时我发现线圈是可以前后移动的 这样的话怎么能保证两个线圈的轴线在一条直线上？怎样保证探测器测量时是在指定位置？ 谢意 09300740005@fudan.edu.cn

要通过调节线圈在测量平台上的位置来保证两个线圈同轴。探测器的位置可以根据测量平台上的刻度线来确定。 — 乐永康 2009/09/24 22:41

这是我（张佳骏）的一点点建议：在给线圈连线的时候，我们应该充分利用单刀双掷开关，让开关在拨向一边时线圈a通电，拨向另一边线圈b通电，两边都不拨时两个线圈都通电，这样可以大大加快做实验的速度，完全可以把选做实验的B（a）,B(b)全都测出来，并验证磁场叠加原理。电路图不方便贴出来，我就做一下文字说明。电源，两个线圈串联，然后将开关并联到两个线圈上，将开关位置放在两个线圈之间，利用局部短路就可以做到上述效果。每测一个点可以很方便地得到三个数据。给大家推荐一下。（做之前设计一下电路确实很有好处）2009/11/14

不建议你这样做实验，首先要确认一下线圈的电阻有多少？只要有电流通过（哪怕很小）也会造成对测量结果的影响。你可以对比一下，这样接线和只接单线圈测量结果上有无不同。 — 苏卫锋 2009/11/17 09:38

谢谢老师的提醒。2009/11/19

请问，霍耳传感器能否测量交流磁场？我上网查了下，有的说不能，有的说能通过霍尔效应法测量。两者似乎矛盾。如果霍尔传感器能测量交流磁场，那是否测量交流磁场的霍尔传感器和我们实验时使用的传感器不同？不同在哪里？ –09300190014 杨晟鑫 2009-11-14

可以测，但要看其响应频率。 — 苏卫锋 2009/11/17 09:38

老师，什么是响应频率？还有，我在网上看到说“电荷交替在上下面积累，不会形成固定的电势差，所以不可能测量交变的磁场。 ”似乎很有道理啊？这是怎么回事呢？

判断霍尔传感器能不能测交变磁场的关键在于：传感器中的电子运动是否足够快，是否足以跟得上交变磁场的变化速度，也就是——在磁场变化的过程中，如一个周期之内，传感器是否总能快速产生一个和该时刻的磁场强度对应的输出信号。如果可以准确地知道霍尔传感器在一个特定的磁场中产生稳定的信号所需的时间，那么当这个时间远小于磁场变化的周期时，传感器是可以使用的。对一个测量交流信号的传感器来说，这方面的特性常被称作“频率响应特性”。你在网上看到的：“电荷交替在上下面积累，不会形成固定的电势差，所以不可能测量交变的磁场。 ”是指传感器两端开路时，很长时间内的平均结果，不是指传感器跟不上交流信号变化时的情形。当然，我们实验中所使用的控制单元只能用于测量直流磁场，测交流磁场时，需另配示波器或快速AD转换等的告诉数据采集系统。 — 2009/11/28 14:20

为什么亥姆霍兹线圈之间的距离是线圈半径呢? — 07302010049

亥姆霍兹发现：当平行放置的线圈之间的距离等于线圈半径时，可以在线圈的轴线上得到较大的磁场均匀的区域；亥姆霍兹线圈由此命名。 — 乐永康 2008/03/07 21:54

还有霍耳磁感器是手动的,怎么能保证它就一定在线圈的轴线上呢?我认为仪器应重新设计,将探头设在一个滑道上.— 07302010049

很认真的思考！
要保证测量时，霍尔传感器处在线圈的轴线上，需要注意几个方面的问题，你能说说要考虑哪些方面吗？
“将探头设在一个滑道上”是一个不错的考虑，但是会限制探头的活动区域，也不便于调节探头的方向等。 — 乐永康 2008/03/07 21:54

可是在滑动探头的之前，明明可以将直尺固定在偏离中心一厘米处，然后直接沿着直尺边沿滑动，准确又省事。 —卢江蛟

“在偏离中心一厘米处，然后直接沿着直尺边沿滑动”是当测量平面处于合适位置时的有效方法。 — 乐永康 2008/03/11 21:06

实验必做内容2中，比较计算结果和测量结果。关于比较的方法教材中没有介绍，我考虑通过计算两者差值与测量制作百分比之类的方法来说明比较的结果，具体应该怎样比较希望老师说明。毕竟如果只说两者差别微小不能算令人满意的实验结论。— 赵子夜

这里要求对测量得到的圆线圈中心点的磁感应强度与根据书上公式（2）计算得到的结果进行比较。要求得出两者的差别，并适当讨论哪些可能的原因会造成这样的差别？ — 乐永康 2008/03/30 07:12

老师：选做部分一要求证明磁场叠加原理，但是如果只测量了轴线上的合磁场，怎么验证呢？08300720350田晓颖

选做部分不要求验证叠加原理了。如果你想尝试的话，可以把必做实验中的单线圈磁场平移后作为近似，对部分区域进行验证！ — 乐永康 2009/05/19 00:33

为什么我测出来的数据和计算值有数量级上的差距?比如说B(a)测量值的一个数据=0.185mT 我的计算值却是4.49*10^-7T(μ₀=4π*10^-7没错呀，还有毫特计的显示值是.???，就是0.???的意思，不是吗？) 另外,选做部分1的实验说也能验证磁场迭加原理,不是应该由确切距离将两单独线圈产生的磁场相加吗? 否则怎么验证呢? 乐永康老师，快点解答吧 ~—陈喆溢

线圈共有500匝，你该是没有乘。
选做部分不要求验证叠加原理。如果你想尝试，可以通过前面测量的B(a),B(b)的数据，平移后来计算。 — 乐永康 2008/09/21 07:27

所谓“将圆线圈中心点的磁感应强度与理论值比较”是不是要计算一下不确定度呀，磁场测定仪的不确定度限值应该是多少呀？谢谢老师——08300740059@fudan.edu.cn

“圆线圈中心点的磁感应强度”是指实际测量出来的结果，“理论值”是指根据线圈匝数、半径，电流大小，而求出来的磁感应强度值。这里实际上是要求，以理论值为参考，求测量的相对误差。
另外，不确定度的计算是根据测量方法、测量工具和测量结果来进行的，并不是和某个参考值（或真值）比较后的结果。磁场测定仪的不确定度限值没有给出，我也不是很清楚（我会尽快去了解清楚的）。 — 乐永康 2008/12/07 19:34