磁场测量讲义

大学物理实验讲义实验12用霍尔效应法测量磁场实验名称：用霍尔效应法测量磁场实验目的：1. 学习使用霍尔效应测量磁场；2. 熟悉实验仪器和操作方法。

实验器材：1. 霍尔效应磁场测量仪；2. 电磁铁；3. 直流电源；4. 万用表。

实验原理：霍尔效应是指将电流通过一个导体时，如果该导体处于垂直于磁场方向的磁场中，导体上将会产生一个电压，这个电压称为霍尔电压。

霍尔电压与磁场的强度具有一定的关系，可以通过测量霍尔电压来测量磁场的强度。

根据霍尔效应的原理，可得到以下公式：\[E_H = K \cdot B \cdot I\]其中，E_H为霍尔电压，K为霍尔常数，B为磁场强度，I为通过导体的电流。

实验步骤：1. 连接实验仪器。

将实验仪器的电源接入直流电源，将电磁铁的输入端接入直流电源的正极，将输出端接入实验仪器的霍尔电压测量端。

2. 调节电磁铁的电流。

通过调节直流电源的电流大小，控制电磁铁的磁场强度。

3. 测量霍尔电压。

通过实验仪器的读数，记录下给定电流下的霍尔电压。

4. 重复步骤2和步骤3，分别记录不同电流下的霍尔电压值。

5. 绘制电流与霍尔电压的图线。

6. 根据拟合直线的斜率和霍尔常数的关系，计算磁场强度。

注意事项：1. 实验过程中，要注意安全，避免触电和磁场对身体的影响。

2. 测量时需保持实验环境的恒温和较低的干扰。

3. 操作仪器时要注意仪器的使用说明，避免操作不当导致误差。

4. 测量结果的精度和准确性取决于实验仪器的精度、操作人员的技术水平和实验环境的条件等因素。

实验结果：根据测量所得的电流和霍尔电压数据，绘制出电流与霍尔电压的图线。

利用图线的斜率和霍尔常数的关系，计算出磁场的强度。

用上述测量数据得到的斜率 U ，以通电螺线管中心点磁感应强度理论计算值为标准 I M
值，计算 95A 型集成霍尔传感器的灵敏度 K。
对于有限长螺线管来说，管中的磁感应强度理论计算值为 B 0
N L2 D2
IM
。95A
型集
成霍尔传感器的灵敏度 K 的定义为 K U 。由此可知，对于有限长螺线管，集成霍尔传
点，那么式(9)可写作：
B
1 2
0
N L
I
l0 x
R2 l0 x2
l0 x
R2
l0
x2
(12)
由式(12)可求得螺线管中心（ x 0 ）处的磁感应强度为：
B0 0
NI L2 D2
(13)
同样，可求得螺线管两端，如右端（ x l0 ）处的磁感应强度为：
BL
2
1 2
0
N L2 R2
当螺线管无限长时，在螺线管中心， 1=0、2 ，则磁感应强度为
B
0
N L
I
(10)
在两端，如左端， 1 0,
2
2
，仍带入式（9），求出端部的磁感应强度为
B
1 2
0
N L
I
(11)
可见无限长螺线管螺线管两端的磁感应强度值等于螺线管中心的磁感应强度值一半。
图 3 螺线管剖面示意图
若螺线管的长度有限，设长度为 L 2l0 ，直径为 D 2R ，取螺线管的中点 O 为 x 轴的原
片（图中所示为 n 型半导体，其载流子为带负电荷的 w
电子），且磁场 B 垂直作用于该半导体，则由于受到洛
伦茨力的作用，在薄片 b 侧将有负电荷积聚，使薄片
b 侧电势比 a 侧低。这种当电流垂直于外磁场方向通 过半导体时，在垂直于电流和磁场的方向，半导体薄

实验 3.1.8 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，测量磁场的方法有很多，如冲击电流计法、霍耳效应法、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。

实验目的和任务1. 学习用霍尔效应法测量磁场的原理和方法。

2. 了解圆线圈和亥姆霍兹线圈磁场的特点。

3. 测量载流圆线圈和亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布。

实验仪器、设备及材料FB511型霍尔法亥姆霍兹线圈磁场实验仪。

实验原理1. 载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场 (1) 载流圆线圈的磁场根据毕奥-萨伐尔定律，N 匝半径为R ，通以电流强度为I 的圆线圈，其轴线上某点的磁感应强度为:2022322()N IR B R x μ=+ (1)式中x 为轴线上某点到圆心O 点的距离，710410H m μπ--=⨯⋅，其磁感应强度B 在轴线上的分布如图1(a )所示。

图1在流线圈的磁感应强度B 分布(a)(b)本实验取400N =匝、400I mA =及0.100R m =，则在圆心O 点0x =处，可算得磁感应强度 100053.13T B -⨯=。

(2) 亥姆霍兹线圈的磁场所谓亥姆霍兹线圈是指大小相同，间距等于其半径，通以电流的强度和方向相同，且平行共轴的一对圆线圈，如图1(b )所示。

设亥姆霍兹线圈轴线上某点离原点O （两线圈圆心连线的中点）的距离为x ，则其磁感应强度大小为32322222201()()222R R B NIR R x R x μ--⎧⎫⎪⎪⎡⎤⎡⎤=++++-⎨⎬⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎪⎪⎩⎭(2)这种线圈的特点是能在其原点O 附近产生较大的均匀磁场区域。

这种均匀磁场在生产和科学实验中应用十分广泛，例如，显像管中的行、场偏转线圈就是根据实际情况经过适当变形的亥姆霍兹线圈。

2. 用霍尔效应测磁场的原理在匀强磁场B 中放一板状导体，使导体板面与B 方向垂直（如图2所示），如果在板状导体中沿着与磁场B 垂直的方向通以电流H I ，那么导体在垂直于电流和磁场方向的两端就会产生一定的电势差H U ，这种现象称为霍尔效应，电势差H U 称为霍尔电压。

N d Ri L di
dt
dt
设感应电流连续旳时间间隔为，取上式两边在该时间间
隔内旳积分
d
di
N
dt R idt L dt
0 dt
0
0 dt
得 ( ) RQ N d NΔ (0)
冲击检流计旳第一次最大偏转角与出脉冲电量旳关系为
Q CQm
得
NΔ RCQm
则
Δ Cφm
N
式中旳 Cφ RCQ 叫做检流计旳磁通冲击常数。
在拟定磁通冲击常数后，即可计算出被测磁通旳变化量。 至于被测磁通与它旳变化量之间旳关系，要视此变化量按何种 方式变化而拟定。假如将测量线圈从被测磁场中忽然移开或从 场外忽然置入，则磁通变化量都等于Φ；假如将测量线圈在被 测磁场中以线圈平面为轴旋转180º，则磁通变化量等于2Φ 。
2．磁通冲击常数旳测量 测量电路如图。
A
M
L
R3
E S
R1
G R2
测量磁通冲击常数旳电路
利用S倒向使旳一次侧电流变化方向，从而使磁场旳方向 变化，以取得较大旳磁通变化，调整R1使 M 经过一次侧旳电 流为I，则 M 旳二次侧线圈交链旳磁链为
MI
当电流 I 从变化到-I 时，有
Δ MΔI NΔ
1A/m பைடு நூலகம்π 103Oe
磁场强度与磁感应强度旳关系
B
μ为磁介质旳磁导率，单位是亨利/米（H/m），它旳大小取 决于磁介质旳性质，真空旳磁导率为
0 =4π 10-7
2．安培环路定律 在磁场中，矢量沿任何闭合曲线旳线积分，等于包围在闭 合曲线内各电流旳代数和，称为安培环路定律，用公式表达为
H dl I
则
NΔ Cφm MΔI

磁法测量讲稿课件
目录
• 磁法测量概述 • 磁法测量技术 • 磁法测量实践 • 磁法测量案例分析 • 磁法测量的挑战与展望
01
磁测量定义
磁法测量是一种利用地磁场和人工磁场的变化来 进行地质勘探和测量的方法。
02 磁法测量原理
通过测量地磁场或人工磁场的磁场强度和方向， 可以推断出地下或地面物体的性质、形态和分布 规律。
1 2 3
高精度传感器
随着传感器技术的不断发展，未来将开发出更高 精度、更灵敏的磁场传感器，提高磁法测量的分 辨率和准确性。
智能化技术
人工智能和机器学习技术在磁法测量中的应用将 进一步深化，通过数据处理和模式识别等技术提 高测量效率和准确性。
多源融合技术
将磁法测量与其他地球物理方法进行融合，形成 多源地球物理勘探技术，有助于提高勘探效率和 精度。
详细描述
磁法测量通过测量地球磁场的变化，可以探测到地下矿体的磁性特征，进而确定矿体的位置和 资源量。在案例一中，利用磁法测量技术对某地区的铁矿进行了探测，通过数据分析确定了矿 体的位置和资源量，为后续的开采提供了重要依据。
案例二：考古遗址探测
总结词
利用磁法测量技术探测考古遗址，为文物保护提供科学依据 。
研究。
军事侦察
磁法测量在军事上可 用于探测地下掩埋的 军事设施和武器装备
。
磁法测量的重要性
01 资源开发与环境保护
磁法测量在资源开发和环境保护领域具有重要意 义，可以为矿产资源开发、土地利用和环境保护 提供科学依据。
02 科学研究
磁法测量是地球物理学、地质学、考古学等领域 的重要研究手段，有助于推动相关学科的发展。
介绍如何对测量数据进行处理和 校正，以确保数据的准确性和可 靠性。

实验15 磁阻效应法测量磁场物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应，磁阻传感器利用磁阻效应制成。

磁场的测量可利用电磁感应，霍尔效应，磁阻效应等各种效应。

其中磁阻效应法发展最快，测量灵敏度最高。

磁阻传感器可用于直接测量磁场或磁场变化，如弱磁场测量，地磁场测量，各种导航系统中的罗盘，计算机中的磁盘驱动器，各种磁卡机等等。

也可通过磁场变化测量其它物理量，如利用磁阻效应已制成各种位移、角度、转速传感器，各种接近开关，隔离开关，广泛用于汽车，家电及各类需要自动检测与控制的领域。

磁阻元件的发展经历了半导体磁阻（MR ），各向异性磁阻（AMR ），巨磁阻（GMR ），庞磁阻（CMR ）等阶段。

本实验研究AMR 的特性并利用它对磁场进行测量。

【实验目的】1． 了解AMR 的原理并对其特性进行实验研究。

2． 测量赫姆霍兹线圈的磁场分布。

3． 测量地磁场。

【仪器用具】ZKY-CC 各向异性磁阻传感器（AMR ）与磁场测量仪【实验原理】各向异性磁阻传感器AMR （AnisotropicMagneto-Resistive sensors ）由沉积在硅片上的坡莫合金（Ni 80 Fe 20）薄膜形成电阻。

沉积时外加磁场，形成易磁化轴方向。

铁磁材料的电阻与电流与磁化方向的夹角有关，电流与磁化方向平行时电阻R max 最大，电流与磁化方向垂直时电阻R min 最小，电流与磁化方向成θ角时，电阻可表示为：θ2min max min cos )(R R R R -+= （1）在磁阻传感器中，为了消除温度等外界因素对输出的影响，由4个相同的磁阻元件构成惠斯通电桥，结构如图1所示。

图1中，易磁化轴方向与电流方向的夹角为45度。

理论分析与实践表明，采用45度偏置磁场，当沿与易磁化轴垂直的方向施加外磁场，且外磁场强度不太大时，电桥输出与外加磁场强度成线性关系。

无外加磁场或外加磁场方向与易磁化轴方向平行时，磁化方向即易磁化轴方向，电桥的4个桥臂电阻阻值相同，输出为零。

大学物理实验课件：测量 磁场
本课件介绍测量磁场的基本概念和特征，并探讨了多种测量方法和实验，包 括磁场强度、磁通量、安培环以及磁力计等。
磁场的概念和基本特征
什么是磁场？
磁场是指物体周围存在的一种物理现象， 它会对周围的磁性物质产生作用力。
磁场的特征
磁场具有方向性，呈现出从南极到北极的 走向。
磁场的单位
通过磁针测量磁场的强度 和方向。
2 霍尔传感器测量
利用霍尔传感器测量磁场 的强度。
3 电感测量
使用电感测量磁场产生的 感应电动势。
磁场的三维矢量测量
1 三轴磁力计
使用三轴磁力计来测量磁场的三维矢 量。
2 磁通量探测器
利用磁通量探测器来测量磁场的矢量 方向。
3 磁场地图绘制
利用磁场测量仪器绘制磁场强度的空间分布图。
将电流通过安培环，并测量其产生的磁 场强度。
改变电流大小
改变通过安培环的电流大小，并记录磁 场强度的变化。
安培力的实验测量
洛伦兹力测量
通过洛伦兹力测量磁场对电流所产生的作 用力。
电子束偏转仪
使用电子束偏转仪测量磁场的强度。
安培力计测量
使用安培力计测量磁场产生的作用力。
磁力计的实验测量
1 磁针测量
磁场的单位是特斯拉(Tesla)，1特斯拉等于每平方米1牛顿的力。
磁场的测量方法
1 磁力计
通过磁力计来测量磁场强 度和磁感应强度。
2 霍尔效应
使用霍尔效应传感器来测 量磁场的强度和方向。
3 安培环
利用安培环来测量电流所 产生的磁场。
磁场强度的测量实验
1
半径测量
使用半径测量仪测量磁场的强度。
2
霍尔效应测量

霍尔元件测磁场
实验目的
1.了解霍尔效应产生的机理和霍尔元件的 了解霍尔效应产生的机理和霍尔元件的 相关知识. 相关知识. 2.学会霍尔元件测磁场的方法,测量霍尔 学会霍尔元件测磁场的方法, 学会霍尔元件测磁场的方法 电压与相关的物理量之间的关系曲线. 电压与相关的物理量之间的关系曲线. 3.学习用"对称测量法"消除附加效应的 学习用"对称测量法" 学习用 影响.
z
磁感应强度 B
y
霍尔电压
KH I S B = UH
霍尔电流
霍尔元件
IS
X
Hale Waihona Puke A霍尔元件灵敏度K 霍尔元件灵敏度 H
mV ( ) mA kGs
mV ( ) mA T
霍尔电压U 磁感应强度B 相互垂直. 霍尔电压 H ,霍尔电流 IS ,磁感应强度 相互垂直. IS, B 有一个改变方向,UH 的方向随之改变;IS ,B 同时改变方向 有一个改变方向, 的方向随之改变; 的方向不变. 时, UH 的方向不变.
霍尔效应测试仪
用于霍尔电流 IS的电源输出 数字电压表 数字电流表 用于励磁电流 IM的电源输出
电压U 电压 σ 霍尔电压U 霍尔电压 H 输入
霍尔电流I 霍尔电流 S 调节旋钮
电流显示 电流显示 选择键 选择键
励磁电流I 励磁电流 M 调节旋钮
注意事项
1.测试仪的"IM输出"不能错接到实验仪的 测试仪的" 输出"不能错接到实验仪 测试仪的 输入" "IS输入"或"Uσ , UH输出"(工作电流或霍尔 输出" 工作电流或霍尔 电压)开关上,以防烧坏霍尔元件. 电压)开关上,以防烧坏霍尔元件. 2.开机或关机前将测试仪的"IS输出"和 开机或关机前将测试仪的" 输出" 开机或关机前将测试仪的 输出"旋钮逆时针旋到底, " IM输出"旋钮逆时针旋到底,使输出电流趋于 在调节I 两旋钮时一定要注意切换. 零. 在调节 S,IM 两旋钮时一定要注意切换. 3.工作电流 S不要超过 工作电流I 不要超过2mA. 工作电流 . 4.实验仪上电磁铁线圈以及霍尔元件上引出 实验仪上电磁铁线圈以及霍尔元件上引出 实验仪上电磁铁线圈以及 的与三个双刀双向开关之间的连线已由厂家接好, 的与三个双刀双向开关之间的连线已由厂家接好, 不要拆. 不要拆.

磁力仪的操作与维护
安装与调试
确保磁力仪安装在平稳、无振 动、无磁场干扰的环境中，并
进行必要的校准和调试。
操作步骤
按照仪器说明书进行操作，确 保正确设置参数和操作流程。
数据采集
按照实验设计进行数据采集， 注意避免干扰和误差。
日常维护
定期进行仪器检查和维护，保 持仪器性能和精度。
磁力仪的误差来源与校正
文明。
某城市地下管线探测的磁法测量案例
总结词
该案例展示了磁法测量在城市地下管线探测中的实用性， 通过磁法测量可以快速准确地确定地下管线的位置和走向。
详细描述
在某城市的地下管线探测中，磁法测量技术被用于探测 城市管网的分布和走向。由于管线通常具有一定的磁性 特征，通过磁法测量可以快速准确地确定管线的位置和 埋深。这为城市规划和建设提供了重要的数据支持，有 助于保障城市基础设施的安全和稳定。
在地质领域，磁法测量被广泛应用于探测矿产资源、研究地球磁场变化等。在环境领域，磁法测量可 用于监测环境污染、评估生态系统的健康状况等。此外，考古领域的遗址探测和文物保护等方面也广 泛应用了磁法测量技术。
加强磁法测量的理论研究
总结词
理论体系的完善是推动磁法测量发展的 重要基础，需要加强基础理论的研究和 探索。
磁法测量通过测量地磁场强度的变化，推断地下地质构造和 矿产分布。在地质勘查中，磁法测量具有成本低、效率高、 探测深度大等优点，是常用的地球物理勘探方法之一。
考古探测中的磁法测量
总结词
磁法测量在考古探测中用于定位古代遗址、墓葬等文化遗存，以及确定文物分布 和埋藏深度。
详细描述
由于古代遗址和墓葬等文化遗存常与地下磁性物质有关，磁法测量可以通过测量 地磁场强度的变化，推断文化遗存的分布范围和埋藏深度，为考古发掘提供重要 依据。

电磁感应法测交变磁场_讲义电磁感应法测交变磁场在⼯业、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、霍⽿效应法、核磁共振法、天平法、电磁感应法等等，本实验介绍电磁感应法测磁场的⽅法，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。

⼀、实验⽬的1．了解⽤电磁感应法测交变磁场的原理和⼀般⽅法，掌握201F B 型交变磁场实验仪及测试仪的使⽤⽅法。

2．测量载流圆形线圈和亥姆霍兹线圈的轴向上的磁场分布。

3．了解载流圆形线圈（或亥姆霍兹线圈）的径向磁场分布情况。

4．研究探测线圈平⾯的法线与载流圆形线圈（或亥姆霍兹线圈）的轴线成不同夹⾓时所产⽣的感应电动势的值的变化规律。

⼆、实验仪器FB 201－Ⅰ型交变磁场实验仪，信号频率可调范围30~200H z ，信号输出电流，单个圆线圈可 900m A ≥ ，两个圆线圈串联400m A ≥。

亥姆霍兹线圈每个400匝，允许最⼤电流1A 。

三、实验原理1．载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场：（1）载流圆线圈中⼼轴线上的磁场分布:⼀半径为R ，通以电流I 的圆线圈，轴线上磁场的公式为：2/322200)(2X R RI N B +=µ （1）式中0N 为圆线圈的匝数，X 为轴上某⼀点到圆⼼O '的距离，70410/,H m µπ-=?磁场的分布图如图1所⽰。

本实验取匝400N 0=，A 400.0I =，m 107.0R =，圆⼼O '处0X =，可算得磁感应强度为：T 10940.0B 3-?= , T 10328.1B 2B 3m -?==（2）亥姆霍兹线圈中⼼轴线上的磁场分布:两个相同圆线圈彼此平⾏且共轴，通以同⽅向电流I ，理论计算证明：线圈间距a 等于线圈半径R 时，两线圈合磁场在轴上（两线圈圆⼼连线）附近较⼤范围内是均匀的，这对线圈称为亥姆霍兹线圈，如图2所⽰。

这种均匀磁场在科学实验中应⽤⼗分⼴泛，例如，显像管中的⾏、场偏转线圈就是根据实际情况经过适当变形的亥姆霍兹线圈。

大学物理实验讲义实验12-用霍尔效应法测量磁场实验目的：1.熟悉霍尔效应的基本原理。

2.掌握用霍尔效应法测量磁场的方法。

3.了解LCR电路的基本原理及其在霍尔效应实验中的应用。

实验原理：1.霍尔效应当一个半导体片被放置在一个磁场中时，正常的电流方向将被改变，这是霍尔效应的重要特征。

在一个横向磁场中，电子将受到一个力，使它们沿一个轴移动，这个轴垂直于电流和磁场之间的平面。

由于电荷的分布而产生的电压称为霍尔电压，它与磁感应强度和电流成正比。

2.LCR谐振电路LCR谐振电路是一种电路，可以在给定频率下将电压最小化。

它包括一个电感，一个电容和一个电阻器。

在特定的谐振频率下，当电感和电容的电流达到平衡时，电阻器的电流将为零。

这时电路的表现出来的阻抗是最小的，因此在谐振频率下可以测量出磁场。

实验器材：霍尔效应实验装置、电源、导线、万用表、量角器、磁铁。

实验步骤：1.首先将霍尔效应实验装置放在静磁场中，并用万用表确认磁场的磁感应强度。

2.将红色电缆夹子连接到霍尔片上的直流电极，将黑色夹子连接到其左边的垂直电极，用导线将电缆夹子连接到电源上。

3.用万用表检查电源输出电压的值。

将电源输出电压调整到所需的范围。

4.将量角器放在霍尔片上，测量电流通过载流电极时，霍尔片的垂直电极与磁场之间的夹角。

5.打开电源，调整电流强度至所需范围。

6.将电阻器调至LCR电路上的电阻元件的最佳位置。

7.使用万用表或示波器测量在谐振频率下所具有的最小值。

8.再次使用量角器，测量电流通过霍尔片时，霍尔电压与磁场之间的夹角。

9.用霍尔电压和磁感应强度计算出霍尔常数。

1.通过等式VH = IBZH / e d，我们可以计算出横向电场的霍尔电压，其中IB是电流，ZH是霍尔电阻，e是电子的带电量，d是半导体晶片的厚度。

3.使用等式R = V/IH计算出霍尔电阻。

实验结果分析：通过实验数据处理，我们可以计算出霍尔电阻和霍尔常数，并使用它们来确定磁场的强度。

磁场一、基础知识要记牢1．安培力的大小F ＝BIL sin θ(其中θ为B 与I 之间的夹角)(1)若磁场和电流垂直：F ＝BIL ；(2)若磁场和电流平行：F ＝0。

（3）L 应为有效长度，即曲线的两端点连线在垂直于磁场方向的投影长度，相应的电流方向沿L (有效长度)由始端流向终端.任何形状的闭合线圈，其有效长度为零，所以通电后，闭合线圈受到的安培力的矢量和为零.2．安培力的方向(1)左手定则可判定安培力的方向。

(2)特点：电流所受的安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直，所以安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所确定的平面。

二、方法技巧要用好解决安培力问题的一般思路(1)确定研究对象；(2)明确导线中电流的方向及其周围磁场的方向；(3)利用左手定则判断通电导线所受安培力的方向；(4)结合物体的平衡条件或牛顿运动定律进行求解。

【复习巩固题】1、如图，一段导线abcd 位于磁感应强度大小为B 的匀强磁场中，且与磁场方向（垂直于纸面向里）垂直。

线段ab 、bc 和cd 的长度均为L ，且0135abc bcd ∠=∠=。

流经导线的电流为I ，方向如图中箭头所示。

导线段abcd 所受到的磁场的作用力的合力 （ A ）A. 方向沿纸面向上，大小为(21)ILBB. 方向沿纸面向上，大小为(21)ILB -C. 方向沿纸面向下，大小为(21)ILB +D. 方向沿纸面向下，大小为(21)ILB2、（多）电磁轨道炮工作原理如图1－4所示．待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触．电流I 从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回．轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场(可视为匀强磁场)，磁感应强度的大小与I 成正比．通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出．现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，理论上可采用的办法是( BD )A ．只将轨道长度L 变为原来的2倍B ．只将电流I 增加至原来的2倍C ．只将弹体质量减至原来的一半D ．将弹体质量减至原来的一半，轨道长度L 变为原来的2倍，其他量不变3、如图所示的天平可用来测定磁感应强度，天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，宽为L ，共N 匝，线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面．当线圈中通有电流I(方向如图)时，在天平左、右两边加上质量各为m1、m2的砝码，天平平衡．当电流反向(大小不变)时，右边再加上质量为m 的砝码后，天平重新平衡．由上可知( B )4、如图所示,两根通电直导线用四根长度相等的绝缘细线悬挂于O 、O ’两点，已知OO ’连线水平，导线静止时绝缘细线与竖直方向的夹角均为θ,保持导线中的电流大小和方向不变，在导线所在空间加上匀强磁场后绝缘细线与竖直方向的夹角均增大了相同的角度，下列分析正确的是CA ．两导线中的电流方向一定相同B ． 所加磁场的方向可能沿x 轴正向C.所加磁场的方向可能沿z 轴正向D.所加磁场的方向可能沿y 轴负向5、载流长直导线周围磁场的磁感应强度大小为B ＝kI /r ，式中常量k >0，I 为电流强度，r 为距导线的距离。

DH-MF-SJ组合式磁场综合实验仪使用说明书一、概述DH-MF-SJ组合式磁场综合实验仪用于研究霍尔效应产生的原理及其测量方法，通过施加磁场,可以测出霍尔电压并计算它的灵敏度，以及可以通过测得的灵敏度来计算线圈附近各点的磁场。

二、主要技术性能1、环境适应性：工作温度 10～35℃；相对湿度 25～75%。

2、通用磁学测试仪2.1可调电压源：0～15.00V、10mA；2.2可调恒流源：0～5.000mA和0～9.999mA可变量程，为霍尔器件提供工作电流，对于此实验系统默认为0-5.000mA恒流源功能；2.3电压源和电流源通过电子开关选择设置，实现单独的电压源和电流源功能；2.4电流电压调节均采用数字编码开关；2.5数字电压表：200mV、2V和20V三档，4位半数显，自动量程转换。

3、通用直流电源3.1直流电源，电压0～30.00V可调；电流0～1.000A可调；3.2电流电压准确度：0.5%±2个字；3.3电压粗调和细调，电流粗调和细调均采用数字编码开关。

4、测试架4.1底板尺寸：780*160mm；4.2载物台尺寸：320*150mm，用于放置螺线管和双线圈测试样品；4.3螺线管：线圈匝数1800匝左右,有效长度181mm，等效半径21mm；4.4双线圈：线圈匝数1400匝(单个)，有效直径72mm，二线圈中心间距 52mm；4.5移动导轨机构：水平方向0～60cm可调；垂直方向0～36cm可调，最小分辨率1mm；5、供电电源：AC 220V±10%，总功耗：60VA。

三、仪器构成及使用说明DH-MF-SJ组合式磁场综合实验仪由实验测试台、双线圈、螺线管、通用磁学测试仪、通用直流电源以及测试线等组成。

1、测试架1.双线圈；2.载物台（上面绘制坐标轴线）； 3，4 双线圈励磁电源输入接口；5.霍尔元件；6.立杆；7.刻度尺；8.传感器杆（后端引出2组线，一组为传感器工作电流Is，输出端号码管标识为Input；一组为霍尔电势V H输出，输出端号码管标识为Output）； 9.滑座； 10.导轨； 11. 螺线管励磁电源输入接口；12.螺线管； 13.霍尔工作电流I S输入，号码管标有Input（红正，黑负）；14.霍尔电势V H输出，号码管标有Output（红正，黑负）； 15.底座图1-1组合式磁场综合实验仪（测试架图）2、通用磁学测试仪（DH0802）1.电压或电流显示窗口（霍尔元件工作电流或电压指示）；2.恒流源指示灯；3.恒压源指示灯；4.调节旋钮（左右旋转用于减小或增加输出；按下弹起按钮用于恒流源或恒压源最小步进值选择，按照显示值的个、十、百、千位依次循环切换）；5.电源输出插座（正极红+，负极黑-，为霍尔元件或传感器提供工作电源；对于此实验，系统默认为恒流输出功能，为霍尔元件提供恒定的工作电流；输出插座与霍尔元件的输入端正负极对应相连，霍尔元件测试线上对应有input标号，连线时请注意！）；6. 霍尔电压表（霍尔电势表，200.00mV，2V和20V自动量程转换）；7.量程指示灯mV； 8. 量程指示灯V；9.置零键（对某一测试值进行置零，置零后指示灯亮，此时显示值与实际值相差“置零值”；再次按置零键恢复正常测试，电压输入值等于显示值）；10.电压输入插座（正极红+，负极黑-；该输入后用于测量霍尔元件的霍尔电势V H，与霍尔元件的输出端正负极对应相连，霍尔元件测试线上对应有output标号，连线时请注意！）。

磁场测量综合实验讲义磁场测量综合实验1 霍耳效应法测量磁场分布1879年，24岁的美国物理学家霍耳（E.H.Hall）在研究载流导体在磁场中所受力的性质时，发现了一种电磁效应，即如果在电流的垂直方向加上磁场，则在与电流和磁场都垂直的方向上将建立一个电场。

这一效应称为霍耳效应。

由于这种效应对一般材料而言很不明显，因而长期未得到实际应用。

20世纪50年代以来，随着半导体工艺和材料的发展，先后制成了有显著霍耳效应的材料，如N型锗、锑化铟、磷砷化铟等，对这一效应实际应用的研究随之增加，其中比较突出的是用它来测量磁场。

用霍耳元件作探头制成的磁场测量仪器，其测量范围宽、精度高，且频率响应宽。

既可测大范围的均匀场，也可测不均匀场或某点的磁场。

霍耳元件是一种利用霍耳效应通过把磁信号形式转变为电信号形式以实现信号检测的半导体器件。

具有响应快、工作频率高、功耗低等特点。

集成开关型霍耳传感器是将霍耳器件、硅集成电路、放大器、开关三极管集成在一起的一种单片集成传感器，可作为开关电路满足自动控制和检测的要求，如应用于转速测量、液位控制、液体流量检测、产品计数、车辆行程检测等，它在物理实验的周期测量中也有许多应用。

通过研究霍耳效应还可测得霍耳系数，由此能判断材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数，因此霍耳效应也是研究半导体材料的一个重要实验。

【预习提要】（1）什么是霍耳效应?什么是霍耳系数?什么是霍耳元件的灵敏度?（2）为什么霍耳效应可以测磁场?通过哪些物理量的测量来对磁场进行测量? （3）霍耳效应测量磁场装置怎样使用?应当注意些什么? （4）本实验可采取什么方法消除副效应的影响?【实验要求】（1）了解霍耳效应的机理和霍耳元件的性能。

（2）学习用霍耳元件测量磁场的实验方法。

（3）学习用异号法消除系统误差。

【实验目的】测量长直螺线管线圈轴线上的磁感应强度分布。

【实验器材】XD-HRSZ1型磁场综合实验仪。

【实验原理】12磁场测量综合实验讲义电子科技大学物理实验中心作者：霍中生（一）霍耳效应现象将一块半导体（或金属）薄片放在磁感应强度为B的磁场中，并让薄片平面与磁场方向（如Y方向）垂直。

3．换向开关：用于改变磁场线圈励磁电流 的方向。
二． 三维亥姆霍兹线圈磁场测试架（本测试架的特点是实现三维可靠调节）
1．亥姆霍兹线圈：
如图5所示，两个圆线圈（1）、（2）安装于底板（3）上，其中圆线圈（1）为固定线圈，圆线圈（2）可以沿底板移动，从而调节两线圈的间距，移动范围为： ，操作时，只需松开圆线圈（2）底座上的紧固螺钉，就可以用双手均匀地移动圆线圈（2），从而改变两个圆线圈的间距，实验架上设有 等位置标志，移到所需的位置后，再拧紧紧固螺钉。励磁电流通过圆线圈后面的插孔接入，可以做单个线圈或双线圈的磁场分布。
2．三维可移动装置：
见图5，滑块（10）可以沿导轨（5）左右移动，配合铜杆（8）的位置调节，可以改变集成霍尔元件（4） 方向的位置坐标，移动距离： 。移动时，用力要轻，速度不可过快，如果滑块移动时阻力太大或太松，则应适当调节滑块上的螺钉（9）的松紧度；左右（即 方向）移动不能影响前后方向即 方向位置；必要时，可以锁紧导轨（5）右端的紧定螺钉（13），防止 方向位置发生改变。沿 方向轻推滑块（10）,让导轨（5）沿导轨（6）均匀移动，可使集成霍尔元件 方向的位置坐标变化，移动距离： ；这时，导轨（5）右端的紧定螺钉（13）应处于松开状态。注意：这时不可左右方向用力，以免改变集成霍尔元件 方向的位置。松开紧固螺钉（12），铜杆（8）可以沿导轨（7）上下移动，移到所需的位置后，再拧紧紧固螺钉（12），用于改变霍尔元件 方向的位置坐标，移动距离： 。在进行 方向位置移动时，一般将 方向标尺置于0点，这样保证集成霍尔元件正处于线圈中心轴线上。实验装置在 方向均配有位置标尺，是三维磁场测量系统，可以方便地测量空间磁场的三维坐标。
理论值
百分误差
+Im
-Im
0.15

实验 16 用霍尔效应法测量磁场在工业生产和科学研究中，经常需要对一些磁性系统或磁性材料进行测量，被测磁场的范围可从 10 15 ~ 103 T（特斯拉），测量所用的原理涉及到电磁感应、磁光效应、热磁效应等。

常用的磁场测量方法有核磁共振法、电磁感应法、霍尔效应法、磁光效应法、超导量子干涉器件法等近十种。

一般地，霍尔效应法用于测量 10 4 ~ 10 T 的磁场。

此法结构较简单，灵敏度高，探头体积小、测量方便、在霍尔器件的温度范围内有较好的稳定性。

但霍尔电压和内阻存在一定的温度系数，并受输入电流的影响，所以测量精度较低。

用半导体材料制成的霍尔器件，在磁场作用下会出现显著的霍尔效应，可用来测量磁场、霍尔系数、判断半导体材料的导电类型（ N 型或 P 型）、确定载流子（作定向运动的带电粒子）浓度和迁移率等参数。

如今，霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且利用该效应制成的霍尔器件已广泛用于非电量电测、自动控制和信息处理等方面，如测量强电流、压力、转速等，在工业生产要求自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更为广阔的应用前景。

了解这一富有实用性的实验，对于日后的工作将有益处。

【实验目的】1.了解霍尔效应产生的机理。

2.掌握用霍尔器件测量磁场的原理和基本方法。

3.学习消除伴随霍尔效应的几种副效应对测量结果影响的方法。

4.研究通电长直螺线管内轴向磁场的分布。

【仪器用具】TH-H/S 型霍尔效应 /螺线管磁场测试仪、TH-S 型螺线管磁场实验仪。

【实验原理】1.霍尔效应产生的机理置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场方向垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，载流体的两侧会产生一电位差，这个现象是美国霍普斯金大学二年级研究生霍尔于1879 年发现的，后被称为霍尔效应，所产生的电位差称为霍尔电压。

特别是在半导体样品中，霍尔效应更加明显。

霍尔电压从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。