疏松載流螺線管軸線上磁場(chǎng)的分布研究

葉友琴

摘要：本文主要研究了疏松載流螺線管軸線上磁場(chǎng)的分布情況，此次實(shí)驗(yàn)主要測(cè)量的數(shù)據(jù)有螺線管軸線不同位置上的徑向磁場(chǎng)和軸向磁場(chǎng)。本文首先介紹了實(shí)驗(yàn)的裝置，然后介紹了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的八個(gè)步驟，最后分析了實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。本次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明了疏松型螺線管軸線上的軸向磁場(chǎng)與螺距之間呈近似線性關(guān)系。

關(guān)鍵詞：疏松螺線管；軸線；磁場(chǎng)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）16-0255-02

疏松載流螺線管的使用范圍非常廣泛，但是，通常其內(nèi)部的磁場(chǎng)分布比一般的螺線管磁場(chǎng)分布更復(fù)雜，所以會(huì)采用數(shù)值計(jì)算的方法來(lái)研究磁場(chǎng)的分布情況。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)量疏松載流螺線管軸線上的磁場(chǎng)，實(shí)驗(yàn)器材分別是繞制的彈簧和磁場(chǎng)傳感器，該磁場(chǎng)傳感器是由美國(guó)著名的PASCO公司生產(chǎn)的。實(shí)驗(yàn)主要測(cè)量了軸線上的軸向磁場(chǎng)和徑向磁場(chǎng)，并研究了軸向磁場(chǎng)與螺距之間存在的關(guān)系，最終數(shù)值計(jì)算與得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是相一致的。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以表明疏松型螺線管軸線上的軸向磁場(chǎng)與螺距呈近似線性關(guān)系。另外，此次試驗(yàn)也可以作為物理課的選作實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生更好地了解疏松載流螺線管軸線上磁場(chǎng)的分布情況，并有助于他們更深刻的理解做物理實(shí)驗(yàn)的意義。

一、實(shí)驗(yàn)的裝置

以下圖一是實(shí)驗(yàn)使用的裝置示意圖，該裝置使用錳鋼絲做成彈簧，將吊桶放在彈簧的下面，便可以將砝碼放在吊桶里面。如果砝碼的質(zhì)量達(dá)到了一定的數(shù)值，彈簧就會(huì)被拉開(kāi)，然后連通電源，整個(gè)裝置就變成了疏松螺線管。在螺線管的上面有一個(gè)有機(jī)玻璃板，在有機(jī)玻璃板上開(kāi)了一個(gè)圓孔，而疏松螺線管就固定在這個(gè)開(kāi)孔的玻璃板上，安裝時(shí)要注意對(duì)準(zhǔn)圓孔的中心位置。另外，對(duì)于圓孔的直徑也有一定的要求，需要保證其大小能夠讓傳感器探頭沿著軸線自由的上下移動(dòng)，而有機(jī)玻璃板則放在兩臺(tái)鐵架臺(tái)上固定好，之所以使用兩個(gè)鐵架臺(tái)是為了使有機(jī)玻璃保持水平。磁場(chǎng)傳感器是放在升降臺(tái)上的，只要對(duì)升降螺母進(jìn)行調(diào)節(jié)便可以使其上下的移動(dòng)，這樣便可以對(duì)不同位置的不同磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量。值得一提的是，磁場(chǎng)傳感器可以同時(shí)對(duì)相互垂直的兩個(gè)方向進(jìn)行測(cè)量。在本次實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，主要是通過(guò)對(duì)方向開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)測(cè)量軸線上的徑向磁場(chǎng)和軸向磁場(chǎng)的。

在本次實(shí)驗(yàn)中，軸線的原點(diǎn)是疏松螺線管上端口部分，將原點(diǎn)與傳感器探頭之間的距離定為x，通過(guò)對(duì)升降螺母進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以測(cè)量到徑向磁場(chǎng)與軸向磁場(chǎng)隨著x變化的數(shù)據(jù)分布情況。將x固定不變，改變砝碼的質(zhì)量，那么，螺距就會(huì)出現(xiàn)變化，這就可以用來(lái)研究螺距與磁場(chǎng)之間的關(guān)系。

二、實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)主要分為以下幾個(gè)步驟。

1.按照上面的裝置圖連接好整個(gè)線路。

2.運(yùn)行計(jì)算機(jī)，然后打開(kāi)計(jì)算機(jī)中的DataStudio程序，選擇實(shí)驗(yàn)設(shè)置中的磁場(chǎng)傳感器，最后將數(shù)據(jù)顯示窗口里面的表格選中。

3.往吊桶里面放入20g的砝碼，等到螺線管拉開(kāi)并穩(wěn)定之后，連通電源，通過(guò)調(diào)節(jié)滑線變阻器，將電流調(diào)到0.2A。

4.想將電鍵斷開(kāi)，將方向開(kāi)關(guān)調(diào)到豎直方向，然后點(diǎn)“啟動(dòng)”按鈕，這時(shí)開(kāi)始測(cè)量的是地磁場(chǎng)沿螺線管軸線的方向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度分量，點(diǎn)“停止”，便停止了磁場(chǎng)的測(cè)量。同樣的，再將方向開(kāi)關(guān)調(diào)到水平方向，點(diǎn)“啟動(dòng)”按鈕，這時(shí)所測(cè)量的則是垂直于螺線管軸線方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度分量，最后點(diǎn)“停止”按鈕。

5.調(diào)節(jié)升降螺母，將磁場(chǎng)傳感器探頭調(diào)節(jié)到螺線管上端口，也就是讓x=0cm，然后將電鍵合上，測(cè)量此時(shí)的徑向磁場(chǎng)和此時(shí)的軸向磁場(chǎng)，然后重復(fù)第（四）個(gè)步驟。

6.通過(guò)升降螺母，將磁場(chǎng)傳感器探頭降低0.2cm，在調(diào)節(jié)過(guò)程中傳感器要保持在軸線的中央位置。然后再次進(jìn)行第（五）個(gè)步驟，以此測(cè)量出傳感器探頭下降0.2cm、0.4cm……3.0cm時(shí)的徑向磁場(chǎng)和軸向磁場(chǎng)。不過(guò)，因?yàn)榇艌?chǎng)傳感器探頭的不能無(wú)限伸長(zhǎng)，其長(zhǎng)度是有限的，所以只能測(cè)量出部分磁場(chǎng)分布的情況。

7.往吊桶里面加砝碼，依次的增加重量，讓質(zhì)量以此為30g、40g、50g，然后重復(fù)第（五）、（六）步，對(duì)不同螺距下的徑向磁場(chǎng)和軸向磁場(chǎng)沿軸線的分布情況進(jìn)行測(cè)量。

8.調(diào)節(jié)升降螺母，將磁場(chǎng)傳感器探頭調(diào)到x=0.2、0.8、1.4…2.6cm，然后測(cè)量吊桶里砝碼的質(zhì)量分別為20g、30g、40g…110g時(shí)的軸向磁場(chǎng)，以此測(cè)量出軸向分量B軸向和螺距之間存在的關(guān)系。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

在此次實(shí)驗(yàn)中，疏松螺線管有三十匝，通過(guò)測(cè)量得到疏松螺線管的直徑有24mm，實(shí)驗(yàn)中的電流為0.2A，地磁場(chǎng)的B軸向?yàn)?.5T，而B(niǎo)徑向?yàn)?.5T。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)疏松載流螺線管軸線的磁場(chǎng)分布非常復(fù)雜，比一般的密繞載流螺線管要復(fù)雜很多，徑向磁場(chǎng)不等于零。軸線的軸向磁場(chǎng)會(huì)隨著螺線管端口與軸線上點(diǎn)之間的距離的增大而增加，在增加到都一定的值以后就不再變化，接近為勻強(qiáng)磁場(chǎng)。另外，當(dāng)彈簧上放的砝碼的質(zhì)量不同的時(shí)候，在軸線同一地方的軸向磁場(chǎng)會(huì)有明顯的不同，砝碼質(zhì)量改變了，疏松載流螺線管的螺距也就會(huì)發(fā)生變化，這表明了螺線管的磁感應(yīng)強(qiáng)度和螺距之間有較大的關(guān)系。圖二和圖三分別是不同砝碼質(zhì)量下徑向磁場(chǎng)的分布曲線、不同砝碼質(zhì)量下軸向磁場(chǎng)的分布曲線。從曲線可以看出，螺線管的螺距和砝碼質(zhì)量之間成正比關(guān)系，對(duì)于疏松螺線管軸線來(lái)說(shuō)，在其同一位置的軸向磁場(chǎng)會(huì)與螺線管螺距之間成反比，也就是說(shuō)，螺線管螺距增大的時(shí)候，軸向磁場(chǎng)B軸向反而會(huì)變小，它們之間的關(guān)系接近線性關(guān)系。

四、結(jié)論

本文主要是關(guān)于測(cè)量疏松載流螺線管軸線上磁場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)，對(duì)軸線上的徑向磁場(chǎng)和軸向磁場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)量，此次實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相一致，說(shuō)明了本次實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是可行的。這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以作為物理課的選作實(shí)驗(yàn)，它可以幫助學(xué)生更清晰地認(rèn)識(shí)到螺線管內(nèi)部的磁場(chǎng)分布情況，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)如何通過(guò)傳感器來(lái)測(cè)量一些物理量。endprint

摘要：本文主要研究了疏松載流螺線管軸線上磁場(chǎng)的分布情況，此次實(shí)驗(yàn)主要測(cè)量的數(shù)據(jù)有螺線管軸線不同位置上的徑向磁場(chǎng)和軸向磁場(chǎng)。本文首先介紹了實(shí)驗(yàn)的裝置，然后介紹了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的八個(gè)步驟，最后分析了實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。本次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明了疏松型螺線管軸線上的軸向磁場(chǎng)與螺距之間呈近似線性關(guān)系。

關(guān)鍵詞：疏松螺線管；軸線；磁場(chǎng)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）16-0255-02

疏松載流螺線管的使用范圍非常廣泛，但是，通常其內(nèi)部的磁場(chǎng)分布比一般的螺線管磁場(chǎng)分布更復(fù)雜，所以會(huì)采用數(shù)值計(jì)算的方法來(lái)研究磁場(chǎng)的分布情況。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)量疏松載流螺線管軸線上的磁場(chǎng)，實(shí)驗(yàn)器材分別是繞制的彈簧和磁場(chǎng)傳感器，該磁場(chǎng)傳感器是由美國(guó)著名的PASCO公司生產(chǎn)的。實(shí)驗(yàn)主要測(cè)量了軸線上的軸向磁場(chǎng)和徑向磁場(chǎng)，并研究了軸向磁場(chǎng)與螺距之間存在的關(guān)系，最終數(shù)值計(jì)算與得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是相一致的。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以表明疏松型螺線管軸線上的軸向磁場(chǎng)與螺距呈近似線性關(guān)系。另外，此次試驗(yàn)也可以作為物理課的選作實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生更好地了解疏松載流螺線管軸線上磁場(chǎng)的分布情況，并有助于他們更深刻的理解做物理實(shí)驗(yàn)的意義。

一、實(shí)驗(yàn)的裝置

以下圖一是實(shí)驗(yàn)使用的裝置示意圖，該裝置使用錳鋼絲做成彈簧，將吊桶放在彈簧的下面，便可以將砝碼放在吊桶里面。如果砝碼的質(zhì)量達(dá)到了一定的數(shù)值，彈簧就會(huì)被拉開(kāi)，然后連通電源，整個(gè)裝置就變成了疏松螺線管。在螺線管的上面有一個(gè)有機(jī)玻璃板，在有機(jī)玻璃板上開(kāi)了一個(gè)圓孔，而疏松螺線管就固定在這個(gè)開(kāi)孔的玻璃板上，安裝時(shí)要注意對(duì)準(zhǔn)圓孔的中心位置。另外，對(duì)于圓孔的直徑也有一定的要求，需要保證其大小能夠讓傳感器探頭沿著軸線自由的上下移動(dòng)，而有機(jī)玻璃板則放在兩臺(tái)鐵架臺(tái)上固定好，之所以使用兩個(gè)鐵架臺(tái)是為了使有機(jī)玻璃保持水平。磁場(chǎng)傳感器是放在升降臺(tái)上的，只要對(duì)升降螺母進(jìn)行調(diào)節(jié)便可以使其上下的移動(dòng)，這樣便可以對(duì)不同位置的不同磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量。值得一提的是，磁場(chǎng)傳感器可以同時(shí)對(duì)相互垂直的兩個(gè)方向進(jìn)行測(cè)量。在本次實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，主要是通過(guò)對(duì)方向開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)測(cè)量軸線上的徑向磁場(chǎng)和軸向磁場(chǎng)的。

在本次實(shí)驗(yàn)中，軸線的原點(diǎn)是疏松螺線管上端口部分，將原點(diǎn)與傳感器探頭之間的距離定為x，通過(guò)對(duì)升降螺母進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以測(cè)量到徑向磁場(chǎng)與軸向磁場(chǎng)隨著x變化的數(shù)據(jù)分布情況。將x固定不變，改變砝碼的質(zhì)量，那么，螺距就會(huì)出現(xiàn)變化，這就可以用來(lái)研究螺距與磁場(chǎng)之間的關(guān)系。

二、實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)主要分為以下幾個(gè)步驟。

1.按照上面的裝置圖連接好整個(gè)線路。

2.運(yùn)行計(jì)算機(jī)，然后打開(kāi)計(jì)算機(jī)中的DataStudio程序，選擇實(shí)驗(yàn)設(shè)置中的磁場(chǎng)傳感器，最后將數(shù)據(jù)顯示窗口里面的表格選中。

3.往吊桶里面放入20g的砝碼，等到螺線管拉開(kāi)并穩(wěn)定之后，連通電源，通過(guò)調(diào)節(jié)滑線變阻器，將電流調(diào)到0.2A。

4.想將電鍵斷開(kāi)，將方向開(kāi)關(guān)調(diào)到豎直方向，然后點(diǎn)“啟動(dòng)”按鈕，這時(shí)開(kāi)始測(cè)量的是地磁場(chǎng)沿螺線管軸線的方向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度分量，點(diǎn)“停止”，便停止了磁場(chǎng)的測(cè)量。同樣的，再將方向開(kāi)關(guān)調(diào)到水平方向，點(diǎn)“啟動(dòng)”按鈕，這時(shí)所測(cè)量的則是垂直于螺線管軸線方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度分量，最后點(diǎn)“停止”按鈕。

5.調(diào)節(jié)升降螺母，將磁場(chǎng)傳感器探頭調(diào)節(jié)到螺線管上端口，也就是讓x=0cm，然后將電鍵合上，測(cè)量此時(shí)的徑向磁場(chǎng)和此時(shí)的軸向磁場(chǎng)，然后重復(fù)第（四）個(gè)步驟。

6.通過(guò)升降螺母，將磁場(chǎng)傳感器探頭降低0.2cm，在調(diào)節(jié)過(guò)程中傳感器要保持在軸線的中央位置。然后再次進(jìn)行第（五）個(gè)步驟，以此測(cè)量出傳感器探頭下降0.2cm、0.4cm……3.0cm時(shí)的徑向磁場(chǎng)和軸向磁場(chǎng)。不過(guò)，因?yàn)榇艌?chǎng)傳感器探頭的不能無(wú)限伸長(zhǎng)，其長(zhǎng)度是有限的，所以只能測(cè)量出部分磁場(chǎng)分布的情況。

7.往吊桶里面加砝碼，依次的增加重量，讓質(zhì)量以此為30g、40g、50g，然后重復(fù)第（五）、（六）步，對(duì)不同螺距下的徑向磁場(chǎng)和軸向磁場(chǎng)沿軸線的分布情況進(jìn)行測(cè)量。

8.調(diào)節(jié)升降螺母，將磁場(chǎng)傳感器探頭調(diào)到x=0.2、0.8、1.4…2.6cm，然后測(cè)量吊桶里砝碼的質(zhì)量分別為20g、30g、40g…110g時(shí)的軸向磁場(chǎng)，以此測(cè)量出軸向分量B軸向和螺距之間存在的關(guān)系。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

在此次實(shí)驗(yàn)中，疏松螺線管有三十匝，通過(guò)測(cè)量得到疏松螺線管的直徑有24mm，實(shí)驗(yàn)中的電流為0.2A，地磁場(chǎng)的B軸向?yàn)?.5T，而B(niǎo)徑向?yàn)?.5T。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)疏松載流螺線管軸線的磁場(chǎng)分布非常復(fù)雜，比一般的密繞載流螺線管要復(fù)雜很多，徑向磁場(chǎng)不等于零。軸線的軸向磁場(chǎng)會(huì)隨著螺線管端口與軸線上點(diǎn)之間的距離的增大而增加，在增加到都一定的值以后就不再變化，接近為勻強(qiáng)磁場(chǎng)。另外，當(dāng)彈簧上放的砝碼的質(zhì)量不同的時(shí)候，在軸線同一地方的軸向磁場(chǎng)會(huì)有明顯的不同，砝碼質(zhì)量改變了，疏松載流螺線管的螺距也就會(huì)發(fā)生變化，這表明了螺線管的磁感應(yīng)強(qiáng)度和螺距之間有較大的關(guān)系。圖二和圖三分別是不同砝碼質(zhì)量下徑向磁場(chǎng)的分布曲線、不同砝碼質(zhì)量下軸向磁場(chǎng)的分布曲線。從曲線可以看出，螺線管的螺距和砝碼質(zhì)量之間成正比關(guān)系，對(duì)于疏松螺線管軸線來(lái)說(shuō)，在其同一位置的軸向磁場(chǎng)會(huì)與螺線管螺距之間成反比，也就是說(shuō)，螺線管螺距增大的時(shí)候，軸向磁場(chǎng)B軸向反而會(huì)變小，它們之間的關(guān)系接近線性關(guān)系。

四、結(jié)論

本文主要是關(guān)于測(cè)量疏松載流螺線管軸線上磁場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)，對(duì)軸線上的徑向磁場(chǎng)和軸向磁場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)量，此次實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相一致，說(shuō)明了本次實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是可行的。這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以作為物理課的選作實(shí)驗(yàn)，它可以幫助學(xué)生更清晰地認(rèn)識(shí)到螺線管內(nèi)部的磁場(chǎng)分布情況，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)如何通過(guò)傳感器來(lái)測(cè)量一些物理量。endprint

摘要：本文主要研究了疏松載流螺線管軸線上磁場(chǎng)的分布情況，此次實(shí)驗(yàn)主要測(cè)量的數(shù)據(jù)有螺線管軸線不同位置上的徑向磁場(chǎng)和軸向磁場(chǎng)。本文首先介紹了實(shí)驗(yàn)的裝置，然后介紹了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的八個(gè)步驟，最后分析了實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。本次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明了疏松型螺線管軸線上的軸向磁場(chǎng)與螺距之間呈近似線性關(guān)系。

關(guān)鍵詞：疏松螺線管；軸線；磁場(chǎng)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）16-0255-02

疏松載流螺線管的使用范圍非常廣泛，但是，通常其內(nèi)部的磁場(chǎng)分布比一般的螺線管磁場(chǎng)分布更復(fù)雜，所以會(huì)采用數(shù)值計(jì)算的方法來(lái)研究磁場(chǎng)的分布情況。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)量疏松載流螺線管軸線上的磁場(chǎng)，實(shí)驗(yàn)器材分別是繞制的彈簧和磁場(chǎng)傳感器，該磁場(chǎng)傳感器是由美國(guó)著名的PASCO公司生產(chǎn)的。實(shí)驗(yàn)主要測(cè)量了軸線上的軸向磁場(chǎng)和徑向磁場(chǎng)，并研究了軸向磁場(chǎng)與螺距之間存在的關(guān)系，最終數(shù)值計(jì)算與得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是相一致的。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以表明疏松型螺線管軸線上的軸向磁場(chǎng)與螺距呈近似線性關(guān)系。另外，此次試驗(yàn)也可以作為物理課的選作實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生更好地了解疏松載流螺線管軸線上磁場(chǎng)的分布情況，并有助于他們更深刻的理解做物理實(shí)驗(yàn)的意義。

一、實(shí)驗(yàn)的裝置

以下圖一是實(shí)驗(yàn)使用的裝置示意圖，該裝置使用錳鋼絲做成彈簧，將吊桶放在彈簧的下面，便可以將砝碼放在吊桶里面。如果砝碼的質(zhì)量達(dá)到了一定的數(shù)值，彈簧就會(huì)被拉開(kāi)，然后連通電源，整個(gè)裝置就變成了疏松螺線管。在螺線管的上面有一個(gè)有機(jī)玻璃板，在有機(jī)玻璃板上開(kāi)了一個(gè)圓孔，而疏松螺線管就固定在這個(gè)開(kāi)孔的玻璃板上，安裝時(shí)要注意對(duì)準(zhǔn)圓孔的中心位置。另外，對(duì)于圓孔的直徑也有一定的要求，需要保證其大小能夠讓傳感器探頭沿著軸線自由的上下移動(dòng)，而有機(jī)玻璃板則放在兩臺(tái)鐵架臺(tái)上固定好，之所以使用兩個(gè)鐵架臺(tái)是為了使有機(jī)玻璃保持水平。磁場(chǎng)傳感器是放在升降臺(tái)上的，只要對(duì)升降螺母進(jìn)行調(diào)節(jié)便可以使其上下的移動(dòng)，這樣便可以對(duì)不同位置的不同磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量。值得一提的是，磁場(chǎng)傳感器可以同時(shí)對(duì)相互垂直的兩個(gè)方向進(jìn)行測(cè)量。在本次實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，主要是通過(guò)對(duì)方向開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)測(cè)量軸線上的徑向磁場(chǎng)和軸向磁場(chǎng)的。

在本次實(shí)驗(yàn)中，軸線的原點(diǎn)是疏松螺線管上端口部分，將原點(diǎn)與傳感器探頭之間的距離定為x，通過(guò)對(duì)升降螺母進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以測(cè)量到徑向磁場(chǎng)與軸向磁場(chǎng)隨著x變化的數(shù)據(jù)分布情況。將x固定不變，改變砝碼的質(zhì)量，那么，螺距就會(huì)出現(xiàn)變化，這就可以用來(lái)研究螺距與磁場(chǎng)之間的關(guān)系。

二、實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)主要分為以下幾個(gè)步驟。

1.按照上面的裝置圖連接好整個(gè)線路。

2.運(yùn)行計(jì)算機(jī)，然后打開(kāi)計(jì)算機(jī)中的DataStudio程序，選擇實(shí)驗(yàn)設(shè)置中的磁場(chǎng)傳感器，最后將數(shù)據(jù)顯示窗口里面的表格選中。

3.往吊桶里面放入20g的砝碼，等到螺線管拉開(kāi)并穩(wěn)定之后，連通電源，通過(guò)調(diào)節(jié)滑線變阻器，將電流調(diào)到0.2A。

4.想將電鍵斷開(kāi)，將方向開(kāi)關(guān)調(diào)到豎直方向，然后點(diǎn)“啟動(dòng)”按鈕，這時(shí)開(kāi)始測(cè)量的是地磁場(chǎng)沿螺線管軸線的方向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度分量，點(diǎn)“停止”，便停止了磁場(chǎng)的測(cè)量。同樣的，再將方向開(kāi)關(guān)調(diào)到水平方向，點(diǎn)“啟動(dòng)”按鈕，這時(shí)所測(cè)量的則是垂直于螺線管軸線方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度分量，最后點(diǎn)“停止”按鈕。

5.調(diào)節(jié)升降螺母，將磁場(chǎng)傳感器探頭調(diào)節(jié)到螺線管上端口，也就是讓x=0cm，然后將電鍵合上，測(cè)量此時(shí)的徑向磁場(chǎng)和此時(shí)的軸向磁場(chǎng)，然后重復(fù)第（四）個(gè)步驟。

6.通過(guò)升降螺母，將磁場(chǎng)傳感器探頭降低0.2cm，在調(diào)節(jié)過(guò)程中傳感器要保持在軸線的中央位置。然后再次進(jìn)行第（五）個(gè)步驟，以此測(cè)量出傳感器探頭下降0.2cm、0.4cm……3.0cm時(shí)的徑向磁場(chǎng)和軸向磁場(chǎng)。不過(guò)，因?yàn)榇艌?chǎng)傳感器探頭的不能無(wú)限伸長(zhǎng)，其長(zhǎng)度是有限的，所以只能測(cè)量出部分磁場(chǎng)分布的情況。

7.往吊桶里面加砝碼，依次的增加重量，讓質(zhì)量以此為30g、40g、50g，然后重復(fù)第（五）、（六）步，對(duì)不同螺距下的徑向磁場(chǎng)和軸向磁場(chǎng)沿軸線的分布情況進(jìn)行測(cè)量。

8.調(diào)節(jié)升降螺母，將磁場(chǎng)傳感器探頭調(diào)到x=0.2、0.8、1.4…2.6cm，然后測(cè)量吊桶里砝碼的質(zhì)量分別為20g、30g、40g…110g時(shí)的軸向磁場(chǎng)，以此測(cè)量出軸向分量B軸向和螺距之間存在的關(guān)系。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

在此次實(shí)驗(yàn)中，疏松螺線管有三十匝，通過(guò)測(cè)量得到疏松螺線管的直徑有24mm，實(shí)驗(yàn)中的電流為0.2A，地磁場(chǎng)的B軸向?yàn)?.5T，而B(niǎo)徑向?yàn)?.5T。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)疏松載流螺線管軸線的磁場(chǎng)分布非常復(fù)雜，比一般的密繞載流螺線管要復(fù)雜很多，徑向磁場(chǎng)不等于零。軸線的軸向磁場(chǎng)會(huì)隨著螺線管端口與軸線上點(diǎn)之間的距離的增大而增加，在增加到都一定的值以后就不再變化，接近為勻強(qiáng)磁場(chǎng)。另外，當(dāng)彈簧上放的砝碼的質(zhì)量不同的時(shí)候，在軸線同一地方的軸向磁場(chǎng)會(huì)有明顯的不同，砝碼質(zhì)量改變了，疏松載流螺線管的螺距也就會(huì)發(fā)生變化，這表明了螺線管的磁感應(yīng)強(qiáng)度和螺距之間有較大的關(guān)系。圖二和圖三分別是不同砝碼質(zhì)量下徑向磁場(chǎng)的分布曲線、不同砝碼質(zhì)量下軸向磁場(chǎng)的分布曲線。從曲線可以看出，螺線管的螺距和砝碼質(zhì)量之間成正比關(guān)系，對(duì)于疏松螺線管軸線來(lái)說(shuō)，在其同一位置的軸向磁場(chǎng)會(huì)與螺線管螺距之間成反比，也就是說(shuō)，螺線管螺距增大的時(shí)候，軸向磁場(chǎng)B軸向反而會(huì)變小，它們之間的關(guān)系接近線性關(guān)系。

四、結(jié)論

本文主要是關(guān)于測(cè)量疏松載流螺線管軸線上磁場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)，對(duì)軸線上的徑向磁場(chǎng)和軸向磁場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)量，此次實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相一致，說(shuō)明了本次實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是可行的。這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以作為物理課的選作實(shí)驗(yàn)，它可以幫助學(xué)生更清晰地認(rèn)識(shí)到螺線管內(nèi)部的磁場(chǎng)分布情況，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)如何通過(guò)傳感器來(lái)測(cè)量一些物理量。endprint