通电线圈磁场方向

精心整理

圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场

磁场测量是磁测量中最基本的内容，最常用的测量方法有三种；感应法、核磁共振法和霍尔效应法。本实验要求学生用霍尔效应法测量载流亥姆霍兹线圈的磁感应强度沿轴线的分布。 〔实验目的〕

1.掌握弱磁场测量原理及如何用集成霍尔传感器测量磁场的方法。 2.验证磁场迭加原理。

3.学习亥姆霍兹线圈产生均匀磁场的特性。 〔实验原理〕

一、圆线圈

载流圆线圈在轴线（通过圆心并与线圈平直线）上磁场情况如图3.14.1所示。

根据毕奥-萨伐尔定律，轴线上某点的磁

感应强度面垂直的B为

B??0?R22(R?x)223/2N?I（3.14.1） 匝数，R真空磁导

式中I为通过线圈的电流强度，N为线圈线圈平均半径，x为圆心到该点的距离，?0为率。而圆心处的磁感应强度B0为

B0??02RN?I（3.14.2）

轴线外的磁场分布情况较复杂，这里简略。

二、亥姆霍兹线圈

亥姆霍兹线圈是一对彼此平行且连通的共轴圆形线圈，每一线圈N匝，两线圈内的电流方向一致，大小相同，线圈之间距离d正好等于圆形线圈的平均半径R。其轴线上磁场分布情况如图3.14.2所示，虚线为单线圈在轴线上的磁场分布情况。这种线圈的特点是能在其公共轴线中点附近产生较广的均匀磁场

五、数据处理

1、单线圈轴线磁感应强度

表-1 单线圈轴线磁感应强度

位置/cm 位置/m 测量值 理论值

-9 -0.09 0.104 0.129

-8 -0.08 0.123 0.150

-7 -0.07 0.142 0.173

-6 -0.06 0.163 0.198

-5 -0.05 0.186 0.225

-4 -0.04 0.208 0.251

-3 -0.03 0.228 0.276

-2 -0.02 0.246 0.296

-1 -0.01 0.257 0.309

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0.00 0.260 0.314

0.01 0.258 0.309

0.0.0.0.0.0.0.0.002 03 04 05 06 07 08 9 0.0.0.0.0.0.0.0.125 23 21 19 17 15 13 1 0.0.0.0.0.0.0.0.130 28 25 22 20 17 15 3

191717171717171616171616151415151416

用霍尔法测直流圆线圈与亥姆霍兹线圈磁场 (FB511型霍尔法亥姆霍兹线圈磁场实验仪)

实 验 讲 义

浙江大学物理实验教学中心

用霍尔法测直流圆线圈与亥姆霍兹线圈磁场

在工业、国防、科研中都需要对磁场进行测量，测量磁场的方法有不少，如冲击电流计法、霍尔效应法、核磁共振法、天平法、电磁感应法等等，本实验介绍霍尔效应法测磁场的方法，它具有测量原理简单，测量方法简便及测试灵敏度较高等优点。

【实验目的】

1．了解用霍尔效应法测量磁场的原理，掌握FB511型霍尔法亥姆霍兹线圈磁场实验仪的使用方法。

2．了解载流圆线圈的径向磁场分布情况。

3．测量载流圆线圈和亥姆霍兹线圈的轴线上的磁场分布。

4．两平行线圈的间距改变为d?R/2和d?2R时,测定其轴线上的磁场分布。

【实验原理】

1．载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场 （1）载流圆线圈磁场

一半径为R，通以直流电流I的圆线圈，其轴线上离圆线圈中心距离为X米处的磁感应强度的表达式为:

?0?N0?I?R2 B? （1）

2?(R2?X2)3/2式中N0为圆线圈的匝数，X为轴上某一点到圆心O?的距离，?0?4??10?7H/m,

3.10霍尔法测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场

霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应。1879年美国霍普金斯大学研究生霍尔在研究金属导电机理时发现了这种电磁现象，故称霍尔效应。后来曾有人利用霍尔效应制成测量磁场的磁传感器，但因金属的霍尔效应太弱而未能得到实际应用。随着半导体材料和制造工艺的发展，人们又利用半导体材料制成霍尔元件，由于它的霍尔效应显著而得到实用和发展，现在广泛用于非电量的测量、电动控制、电磁测量和计算装置方面。在电流体中的霍尔效应也是目前在研究中的“磁流体发电”的理论基础。近年来，霍尔效应实验不断有新发现。1980年原西德物理学家冯·克利青研究二维电子气系统的输运特性，在低温和强磁场下发现了量子霍尔效应，这是凝聚态物理领域最重要的发现之一。目前对量子霍尔效应正在进行深入研究，并取得了重要应用，例如用于确定电阻的自然基准，可以极为精确地测量光谱精细结构常数等。

在磁场、磁路等磁现象的研究和应用中，霍尔效应及其元件是不可缺少的，利用它观测磁场直观、干扰小、灵敏度高、效果明显。

【实验目的】

1、测量单个通电圆线圈中磁感应强度；

2、测量亥姆霍兹线圈轴线上各点的磁感应强度；

3、测量两个通电圆线圈不同间距时的线圈

用霍尔法测直流圆线圈与亥姆霍兹线圈磁场 (FB511型霍尔法亥姆霍兹线圈磁场实验仪)

实 验 讲 义

浙江大学物理实验教学中心

用霍尔法测直流圆线圈与亥姆霍兹线圈磁场

在工业、国防、科研中都需要对磁场进行测量，测量磁场的方法有不少，如冲击电流计法、霍尔效应法、核磁共振法、天平法、电磁感应法等等，本实验介绍霍尔效应法测磁场的方法，它具有测量原理简单，测量方法简便及测试灵敏度较高等优点。

【实验目的】

1．了解用霍尔效应法测量磁场的原理，掌握FB511型霍尔法亥姆霍兹线圈磁场实验仪的使用方法。

2．了解载流圆线圈的径向磁场分布情况。

3．测量载流圆线圈和亥姆霍兹线圈的轴线上的磁场分布。

4．两平行线圈的间距改变为d?R/2和d?2R时,测定其轴线上的磁场分布。

【实验原理】

1．载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场 （1）载流圆线圈磁场

一半径为R，通以直流电流I的圆线圈，其轴线上离圆线圈中心距离为X米处的磁感应强度的表达式为:

?0?N0?I?R2 B? （1）

2?(R2?X2)3/2式中N0为圆线圈的匝数，X为轴上某一点到圆心O?的距离，?0?4??10?7H/m,

《磁场对通电导线的作用》教学设计

执教人：pc

【计划课时】1.5课时

【教学时间】 40分钟+20分钟

【教学对象】江西师大附中滨江校区高二（15）班 【教材】人教版高中物理选修3-1第三章第四节 一、【教材分析】

本节是在学习磁场基本概念的基础上，进一步通过实验探究和逻辑推理让学生了解磁场对通电导线的力的作用。本节的重点是判断安培力的方向和对安培力计算公式的理解。空间想象能力对本节的学习至关重要。本节内容为后面学习“运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力”做铺垫。

教材设置了多种实验探究,激发学生思考，探究物理规律，并通过实例分析让学生认识生活中常见现象和科学技术，学会应用物理知识解决实际问题，体现了从“生活走向物理，物理走向社会”的新课程理念。 二、【学情分析】

学生已经学习了磁场、磁感应强度的相关知识和用安培定则判断电流的磁场，并在第三章第二节磁感应强度这节中初步了解了垂直于磁场放置的电流元受到的安培力计算公式。但还不知道安培力方向的判断。

本节中的左手定则设计三个物理量的方向，三维图形立体感强，而学生的空间想象力还不够。因此，教学中应注重对三维图形的识别训练。教师通过例举适当例子，从侧视图、俯视图、正视图等方向，强化学生对左手定则的运用。

4

通电导线在磁场中受到的力

1.知道什么是安培力.知道左手定则的内容，会用左手定则 熟练地判定安培力的方向，并会用它解答有关问题. 2.会用安培力公式F=BIL解答有关问题. 知道电流方向与磁

场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大，大小等于BIL. 3.了解磁电式电流表的内部构造的原理.

引入：

磁场对电流的作用力称为磁场力(安培力)

一、安培力的方向

左手定则：伸开左手，使大拇 指与四指在同一平面内并跟四

指垂直，让磁感线垂直穿入手心，四指指向电流的方向，这 时大拇指所指的方向就是通电 导线所受安培力的方向.

左 手 定 则 的 演 示

【例1】画出图中第三者的方向.

×

F

F

FF

注:安培力的方向总与导线垂直,与磁感应强度垂直.

问题：如图所示，两条平行的通

电直导线之间会通过磁场发生相互作用. 结论: 同向电流相互吸引， 反向电流相互排斥. 用学过的知识加以判断.

同向电流

反向电流

F

F

F

F

平 行 通 电 直 导 线 间 的 相 互 作 用

二、安培力的大小1.当电流与磁场方向垂直时:

FF=ILB (B⊥L) B I

2.当电流与磁场方向平行时：磁场对电流的作用力为零.I S

N B 问题:如果既不平行也不垂直呢？

课学 习 目 标

题

通电导线在磁场中受到的力

1.知道什么是安培力，会推导安培力公式 F=BILsinθ 。 2.知道左手定则的内容，会用左手定则熟练地判定安培力的方向，并会用它解答有关问题. 3.了解磁电式电流表的内部构造和工作原理。

任务一 安培力：通电导线在磁场中受到的力 问题 1:安培力的方向 1.实验：安培力的方向与哪些因素有关

预习导学

①实验装置如右图所示，实验时如何改变磁场方向？如何改变电流方向？②做实验，填写下面表格。 实验次数 1 2 3 4 向上 垂直纸面向外 磁场方向 向下 垂直纸面向里 电流方向 垂直纸面向外 安培力的方向

③结论： (1)安培力的方向和 、 有关系。

(2)安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直，也就是说，安培 力的方向总是垂直于 和 所在的平面。

(3)通电直导线所受安培力的方向和磁场方向、电流方向之间的关系，可用 来判断 (4)左手定则的内容

-1-

二、安培力的大小

（1） 在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向垂直的情况下，导线所受安培力F？

（2）在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向平行的情况下，导线所受安培力F？

思考问题:如果在通电直导线与磁场方向既不平行也不垂直呢？

B

三、磁电式电流表

1、磁电式电流表的基

通电的线圈二青岛版六年级科学下册教案

Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998

14 通电的线圈（二）

教学目标：

1．在经历影响电磁铁磁力大小和磁极方向的实验中，学会在科学探究中发现问题、提出新问题；学会改变变量的对比实验；学会实验记录并通过分析实验信息获得科学结论。

2．在经历电磁铁磁力大小实验及分析实验信息中，体验合作与交流的愉快；尊重探究实验中的事实证据。

3．了解影响电磁铁磁力大小和磁极方向的因素。

本课探究所具备的知识能力基础：

电磁铁的认识，简单线路的使用。

教学重难点：

探究和总结影响电磁力大小的因素。

案例背景分析：

本课只有一个自由活动，由一个问题引出，即“如何改变电磁铁的磁极和磁力大小”。

拓展活动中提示了一个建议性活动内容：电可以产生磁，磁能不能产生电呢不同的思路做类似的实验，相信你会有更多的发现。让学生将课堂探究在课外继续进行下去。

教学过程描述：

一、以小小魔术引出探究学习的第一个主题：

1．提出问题。

先给同学们表演一个小魔术，老师在不接触小磁铁的情况下能让它飞过来，也可让它飞走，你们相信吗（演示魔术）

谁来揭秘一下 (伸出握紧的手，展示自己拿的自制电磁铁)

2．引导学生进行猜想与假设。

为什么会出现这

第三节 磁场对通电导线的作用

班级： 姓名： 学号：_______

一、明确目标，自主学习 1. 教学目标：

（1）通过阅读课本知道什么是安培力，掌握相关物理史

（2）通过实验演示让学生理解公式F=BIL,并会用它进行安培力的简单计算 （3）通过类比法，让学生理解磁感应强度B的定义式和物理意， （4）通过阅读了解电动机的工作原理

2. 预习内容：可以按知识体系设置，最好分层设置 A组

1、阅读教材p.32-33安培力内容，完成问题思考中的第1题。 2、阅读教材p.33磁感应强度内容，完成问题思考中的第2题。 3、阅读教材p.34电动机内容，完成问题思考中的第4题 B组

阅读教材p.33-34磁感应强度内容，完成问题思考中的第3题 二、合作释疑，互相研讨 演示实验一

实验仪器：一条直导线、磁场、电源实验步骤：①将导线放入磁场中，使导线方向和磁场方向相垂直

②给导线通电 ③观察导线运动状态 演示实验二：

实验仪器：三块相同的蹄形磁铁、一根直导线、直流电源、支架 实验步骤：

①保持电流大小不变，分别接通“2 、3 ”和“l 、4