圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场2010-2012学年学生实验交流

老师您好，我想问B（a+b）始终大于B(a)+B(b)会是什么原因呢？我觉得只可能是系统误差造成的。 — 郑雯瀚 2013/06/04 09:58

从两边和中间均匀区都是大于吗？ — 高渊 2013/06/08 18:43

对的，是都大于。 — 郑雯瀚 2013/06/08 19:23

可以考虑一下是否测量两个单线圈后，电流是否有增大，或者有没有因为实验条件的变化，使得有额外的磁场叠加使得普遍大于前面两线圈测量结果之和。 — 高渊 2013/06/19 19:43

老师您好，我在做实验的时候发现，调零之前毫特计的读数有很大的差别，在某些位置是+0.060mT左右，某些位置是-0.030mT左右，还有的位置几乎不需要调零。书中认为是需要抵消地磁场，我觉得这种说法是有问题的，因为地磁场不会在差距如此小的两个点上有如此大的变化，更不可能出现方向的变化。我认为可能是大理石台面和铁圈的影响（当然可能也有邻座的影响），不知道对不对？— 徐子悦 2013/4/3 21:43

对的，地磁场的影响很小，要考虑其他方面。 — 高渊 2013/04/07 17:30

老师好，我在预习的过程中对仪器有几个不太懂的部分，可以周五八九节课去教室预习么？我看到周五八九节课亥姆霍兹线圈有好多空位置。— 张晴川 2013/3/28 17:53
如果只是去看看不影响老师讲解和其他同学做实验，也是可以的。 — 高渊 2013/03/28 17:57

老师好，这其实是上个星期的问题了。。。我的实验过程还比较顺利，但数据分析时发现B(a)+B(b)与B(a+b)在匀强磁场区有较大误差（最大差异达0.05mT），不知是何问题，求老师解答。困惑之处在于距离中心点较远的区域（|Z|>5.00cm吧）两者几乎重叠，但在匀强磁场区则差异明显；另一方面我作出的B(a)+B(b)与B(a+b)的图像在中心区各自呈接近于水平的直线，应该能够说明测量结果偏差不大，测量时的人为误差较小吧。。。问题总结起来就是中心区误差显著大于两侧。。。请问老师以前出现过这种情况吗？— 黄山 2013/03/21 13:43

貌似这种情况出现过，更奇怪的情况都有，这不算啥，中心区磁感应强度本就大，出现更大的波动或者其他因素影响叠加，也算正常吧；其他同学有没有注意到这种情况？也可以发表一下意见。 — 高渊 2013/03/22 18:37

老师好，我在测磁场的过程中调零时发现有些点在I=0时的磁感应强度高达0.05mT，请问这样的情况正常吗？(我只能说最后数据出来貌似还是比较准确的)在这种情况下通过转动霍尔元件找毫特计示数最大的方向来确定磁感应强度方向的方法还可靠吗？谢谢 — 周一稼 2013/03/20 14:02

也算常见现象了；方法还是可靠的，可以多做几次，判断个方向不成问题。 — 高渊 2013/03/22 18:34

老师好，为什么用毫特计测量某点的B值，在其出现最大示数值方向的反向，显示数值并非原先数值的相反数？而且还差了挺多的。 — 陈景莉 2013/06/19 19:31

看了这句话吓了一大跳“老师，请问为什么在d=R/2时，Z=0处的磁场强度会和理论值有很大的偏差呢？理论值是0.899mT，我测得的数值是0.559mT。————2011年秋季”，后来算了算，原来是学长算错了。。。中心处理论值是0.574mT — 干戌成 2013/03/18 21:04

看来还是亲手算一下来的靠谱啊，表扬一下干戌成同学。 — 高渊 2013/03/19 17:29

老师您好，网页下面“吴轶群同学的感想”中学长提到：“自己在本次实验中较为顺利，但旁边同学遇到的问题：毫特计出现正、负不同的值，引起了我的思考：出现这种情况，是属于正常现象，还是实验操作出现错误？通过不断调换接线位置测量数据，发现，即使有正、负值，但仍满足磁场叠加原理，只是不符合亥姆霍兹线圈的要求：电流方向相同。 ”大概是因为霍尔效应的副效应吧？如果是做“霍尔效应测量磁场”的实验，似乎有的地方是要求把电流I和磁场强度B分别取正向负向来消除霍尔元件的副效应，但我们的这个实验霍尔传感器的工作电流已经设定好了，似乎无法去消除副效应了。。。 — 干戌成 2013/03/16 11:01

失误了。。。。把学长的问题看错了== — 干戌成 2013/03/16 16:53

或许也可以把霍尔元件放置方向改变来尝试一下消除负效应。 — 高渊 2013/03/19 17:29

老师，你以前给学生解答问题的时候说过，“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。”，但是根据场强叠加原理，轴线上的场强就是两个线圈产生场强之和，而在非轴线地方，场强大小与轴线相比会下降（在与线圈平行的平面内比较场强的大小），那么这与亥姆霍兹说的较大的磁场均匀区域不是矛盾吗？还是说亥姆霍兹指的均匀是在可允许范围内的场强大小基本相等？——12307110184黄思达

我不知道同学你说的老师是哪一位，带过这个实验的老师很多啊，以前给学生解答问题。。。莫非你是以前学期的同学？这里指的较大当然是相对的，你要很大么把线圈做得大一点？ — 高渊 2013/03/14 18:02

我是本届的，就是周二那个重做一次第二次还把两个线圈距离少调一厘米的学生。我本来想问为什么在亥姆霍兹线圈的轴线中点附近场会是均匀的，做完实验画完图后确实是这样的，就是在中点附近场强基本不变。附一下，我周一做实验的时候有亥姆霍兹线圈的数据，周二做的时候两个线圈没有组成亥姆霍兹线圈，不过碰巧我根据这个也画了图，发现少了一厘米后轴线中点附近均匀的场没有亥姆霍兹线圈的大。我后来觉得从叠加公式大概就能判断，中点附近的扰动对计算结果的改变比较小，也就是中点附近均匀场区域比较大。 — 黄思达 2013/03/16 19:07

周二好像不是我带的，不过这位同学的研究精神值得大家学习。 — 高渊 2013/03/19 17:29

我看到原来有同学提出下面建议“个人感觉每次更换高灵敏度毫特计的霍尔元件探头位置都需要对毫特计进行调零的步骤过于繁琐，浪费大量时间，我感觉这种调零方法可以改为：更换毫特计位置后断开线圈电路，读取毫特计的示数记下B0（次数比较小，可以心中记下），然后接通线圈电路电源，在此读取毫特计示数B1，则B1-B0为该位置的磁感应强度。”

我觉得有问题，因为他把毫特计位置变掉了，因为调零就是为了除掉该处外界磁场的影响，毫特计位置一换就不是测量点的外界磁场了（姜嘉陈）

问题倒是没有，他是在位置变换后连续进行这两部分操作的，不过“心中记下数据，接通之后再减去”不比“调零，接通后直接读数”方便多少啊。 — 高渊 2013/03/14 17:44

老师，我觉得这个实验对平台要求极高，可是我在预习的时候发现好像没有什么方法确定线圈a、b共面呢？我上次下课时有注意到平台有调节的螺旋钮，可是只靠目测调节不行吧？可不可以提供体型比较小的水平仪啊？这样可以先保证平台水平，再把小水平仪顺放在线圈上，再架在两个线圈上就可以了么？还有，我看到本周五8-9节此实验只有一个同学做，我想去预习熟悉一下，请问老师可以嘛？谢谢啦（周二的开放时间人满了）（姜嘉陈）

线圈一侧有铅笔画的线用以帮助对齐；可以去预习，只要不影响其他同学做实验。 — 高渊 2013/03/14 17:39

老师，模拟题是不是答案错了，三条线对应的半径有两条好像弄反了？

确实反了，所以这学期的模拟题中我已经删了此题，那是以往的模拟题啊。 — 高渊 2013/01/04 10:04

老师，我想问一下，磁场的迭加原理跟R有什么关系？当d=R/2和d=2R的曲线相比怎样说明磁场的迭加原理？ — 沈正玲 2012/06/05 16:23

可以说磁场的迭加原理跟R既有关系也没有关系！当d=2R时，用和d=R时同样的方法去验证磁场的迭加原理。 — Hongying Yao 2012/06/29 10:32

老师：好像不少同学都会做出比理论值偏小的结果，可是我的数据竟然比理论值偏大！调零应该没有问题，这是什么原因造成的呢？ 11307110038 莫开琪

最可能的原因是你的线圈偏掉了，测量的是轴线外的磁场。因为轴线上的磁场是最小的。 — Hongying Yao 2012/06/29 10:32

什么结果比理论值大？建议从两个方面来分析：1）是否可能因为显示的电流值比实际值小？若有可能，有办法来检验吗？2）分析一下空间磁场的大小分布？若测量点偏离中心轴线，结果会如何？实验中，在垂直于轴线的方向上移动传感器进行测量，磁场大小会怎样变化？ — 乐永康 2012/04/12 23:31

老师，请问预热的目的是什么？ — 11300720273 洪宇欢 2012/05/01 17:13

使仪器稳定。 — Hongying Yao 2012/06/29 10:32

老师，想请问一下如果通的是交流电最后得到的B-Z图像与直流电时有什么不同呢？ 11307110277 周景晔

这个问题很好啊！这与交流电的频率有关了。如果是几十赫兹的低频，则会产生同样频率变化的磁场。如果是高频的话，。。。。。。 — Hongying Yao 2012/06/29 10:32

请问模拟题答案第2题是不是错了，依次是R、R/2、2R吧？——11302010032 梁文杰

答案是错了， 用的老版本！那时还没改过来！ — Hongying Yao 2012/06/29 11:20

老师，我的实验做错了，想重做需要什么时候去啊？谢谢

周二下午13点，别晚了，89节实验室有课的。 — 高渊 2012/12/15 17:09

> 老师，请问为什么在d=R/2时，Z=0处的磁场强度会和理论值有很大的偏差呢？理论值是0.899mT，我测得的数值是0.559mT。

出现很大的偏差的只有这一个点吗？若是，很可能是没有调零的问题。根本的原因可能是：实验仪器中的那块大理石台在某些区域有比较大的磁场！ — 乐永康 2011/12/07 21:59

谢谢老师！我只有这一点出现比较大的误差，而且其他同学也是在这一点有大的误差，所以感到困惑。请问老师在调零之后大理石带来的影响依旧会很大吗？

实验要求在测量每一个数据点之前进行调零就是为了抵消各种随着测量时间、测量位置不同而引起的环境磁场的变化。如果环境磁场是个时间、空间上较恒定的值（如地磁场，随时间、空间的变化很小），那么，我们只需进行一次调零就够了。大理石台面有不均匀的磁场，会对不同测量位置的结果产生不同的影响（实验时，这类变化因素还有好几个），所以，我们需要逐点调零，以保证测量的磁场值就是由线圈通电产生的。实验时，同学们往往对这样的“具体的实验环境、条件”等的影响考虑到比较少，经常是遵循实验讲义上描写的“理想情形”来做实验、来理解实验结果，这样的思维往往会带来“困惑”。实验设备中大理石台面的“不理想”能带给大家“额外”的思考，也该算是这个实验很有价值的“副产品”吧。实际上，从“发散地思考”、“探索能力培养”等角度来看的话，这种困惑带给大家的收获是非常有价值的，也是很难得的。 — 乐永康 2011/12/10 13:31

谢谢老师的启发！！虽然后面的实验不多了，但是我相信物理实验给我们带来的思考会对将来思考其他问题有所帮助的。

我们实验时所用的线圈旋钮一紧一松，导致线圈一边很容易活动，另一边动起来很不容易，请问是所有的仪器都这样还是我们的那台不太好呢？还有我们的仪器不平，在实验台上立不稳，这样是不是就不能保证两线圈等高了呢？由于仪器问题，我们b线圈的相对误差高达11%，是不是太大了呢？当时老师说是仪器问题，但我很想知道这台仪器在出了什么问题时会将磁感应强度测小，（我们的对称性还是很好的）。验证磁场叠加定律时，我们的图像大部分吻合的较好，但理论上和磁感应强度最大的地方，B(a+b)出现了小幅下降，再测一遍依然如此，我想知道这也是仪器原因吗？（前一段Ba+Bb>B(a+b)，后一段两者重合，我觉得这个也不太合理）——马静雯09301010253@fudan.edu.cn

你做实验时，测量每个数据点之前都对仪器调零了吗？如果没有，有可能会导致如你所说的结果。 — 乐永康 2011/12/07 21:55

从学期初到现在做了很多个实验，从最初的觉得做实验很难、什么都要问老师，到现在自己能认真思考实验中的问题，对各种不理想的现象、不理解的现象像思考再向老师请教，我真的收获了很多！谢谢各位老师提供的讲解和帮助!—11307120293–张宇杰 2011/12/10

谢谢张宇杰同学的分享。 — 乐永康 2011/12/10 13:31

老师，我在试验时也发现了上边同学所说的问题，就是在两个线圈的各自的圆心附近，调零时会有0.010mT左右的扰动，往往前一次调大0.010mT，后一次要调小差不多这些。这里边有什么理论上的原因吗？————10302010041

这是实验台造成的,不同点的本底磁场不同. — Hongying Yao 2011/05/13 09:15

关于实验室仪器的问题。本实验所用到的霍尔传感器，标准为长3厘米，宽2厘米的长方体，其中探测孔中心（不知叫啥，姑且这么叫）到前段为1厘米，后端2厘米，左右各1厘米。这样是为了方便调整距离，只要和刻度对齐就可以了。但实验时发现实验室里的探头并不十分标准，有的探测孔距离前段只有0.9厘米，这使我只能用和后端对齐的办法，但这样就要看2个厘米，记录数据时十分不方便。不知会不会更换仪器，以方便其他同学的实验————10302010041

你的观察很仔细,我也遇到有同学提出了这个0.9厘米的传感器.但是没有去想怎么解决.你的建议很好,我们尽快尽力找厂家联系解决. — Hongying Yao 2011/05/13 09:15

个人感觉每次更换高灵敏度毫特计的霍尔元件探头位置都需要对毫特计进行调零的步骤过于繁琐，浪费大量时间，我感觉这种调零方法可以改为：更换毫特计位置后断开线圈电路，读取毫特计的示数记下B0（次数比较小，可以心中记下），然后接通线圈电路电源，在此读取毫特计示数B1，则B1-B0为该位置的磁感应强度。我认为这样做能大幅度提高实验效率而且对测量数据的精度影响不大，是一种可行的办法，当然前提是别把减法算错了 ——10302010020 顾敬潇 2011-3-31

你的想法不错.也是可行的.这个方法我们可以提供给同学.同学可以自己在这两种方法中选择一个. — Hongying Yao 2011/05/13 09:15

老师，我在处理数据的时候发现，在Z=-1.0处，测出来的所有B都比理论值要小很多，与根据其他点画出来的Z-B大致曲线也偏离甚远，这是不是属于仪器的问题呢？是什么原因呢？—10301030084 胡霜 2011-5-5

这个数据我的一个学生也做出过,但是多数同学没有测出同样的数据.所以原因待多次重复测量确认后再查. — Hongying Yao 2011/05/13 09:15

经过这次试验，发现了一个问题，在长期的通电过程中，铁质格尺已经被磁化，造成了在不通电的时候，沿铁格尺附近的磁场并不近似相等，而是有较大的变化。而通过测量一组对照数据B0,并将其他测得数据与之作差，得到修正值，以此作图，效果就好了很多。建议把铁尺换成塑料尺，或者是干脆把刻度标在底盘上。如果不能对仪器有较大改进的话，也可以提醒同学，在测量其他数据之前，测量一组对照值，用以修正测量值，以达到试验目的。 — 艾沓杉 10301010129 2011/05/10 12:31

首先该金属条是铝材，没有磁性，对实验的影响很小。 其次你的一组对照数据是什么不同的条件呢?— Hongying Yao 2011/05/13 09:15

对照数据是在不通电的情况下，利用探测器测量各点磁场。
或许是下面的底盘成分含铁？至少从我的数据来看，有几处磁场不正常。实验结果已上传，请老师过目。 — 艾沓杉 2011/05/24 12:07

我在做实验时在进行调令时发现在零点附近数据变化很大，不知道是仪器的问题还是因为在在零点附近变化很敏感！-10300720135

实验时要注意区分两种情形：1）同一测量点上，传感器对调零操作很敏感——这应该就是你说的情形；这是正常的，因为此时我们关注的是最小一位的输出；2）不同测量点上，传感器的输出值不同，这是实验台造成的——同学能分析具体是什么原因吗？ — 乐永康 2011/03/16 23:31

老师：如果换用交流电的话，是不是传感器不能测量？而且此时另外一个存在的线圈会不会产生感应电磁场影响这个线圈的磁场？而且此时那根用来固定的金属条会不会也有相同的效果？是否应该改换成塑料的，或者直接在轴线设计成滑道？谢谢老师 —曹珊10300300023 2010/10/19

如果为亥姆霍兹线圈供电的是50Hz的交流电，霍尔传感器的响应速度是足够高的，能够测出磁场的变化，但我们目前使用的控制单元只能测量直流信号。如果是更高频率的交变信号，霍尔传感器的响应速度是否，需要具体讨论。由于亥姆霍兹线圈本身的特点（线圈匝数较少、没有磁“芯”，互感小），及实验时的条件（小电流，小磁场），产生的感应是很小的，同学自己可以估计一下量级。实验设备上的金属条是铝材，没有磁性，对实验的影响很小。 — 乐永康 2011/03/16 23:25