测螺线管磁场———实验原理
图1
图1是一个长为2l，匝数为N的单层密绕的直螺线管产生的磁场。当导线中流过电
流I时，由毕奥—萨伐尔定律可以计算出在轴线上某一点P的磁感应强度为
式中，为单位长度上的线圈匝数，R为螺线管半径，x为P
点到螺线管中心处的距离。在SI单位制中，B的单位为特斯拉（T）。图1同时给出B随x的分布曲线。
磁场测量的方法很多。其中最简单也是最常用的方法是基于电磁感应原理的探测线
圈法。本实验采用此方法测量直螺线管中产生的交变磁场。下图是实验装置的实验装置的示意图。
图2
当螺线管A中通过一个低频的交流电流i(t) = I0sinωt时，在螺线管内产生一个与电流成正比的交变磁场B(t) = Cpi(t) = B0sinωt其中Cp是比例常数，把探测线圈A1放到螺线管内部或附近，在A1中将产生感生电动势，其大小取决于线圈所在处磁场的大小、线圈结构和线圈相对于磁场的取向。探测线圈的尺寸比较小，匝数比较多。若其截面积为S1，匝数为N1，线圈平面的法向平面与磁场方向的夹角为θ，则穿过线圈的磁通链数为:
Ψ = N1S1B(t)cosθ
根据法拉第定律，线圈中的感生电动势为：
通常测量的是电压的有效值，设E(t)的有效值为V，B(t)的有效值为B，则有
，由此得出磁感应强度：
其中r1是探测线圈的半径，f是交变电源的频率。在测量过程中如始终保持A和A1在同一轴线上，此时
，则螺线管中的磁感应强度为
在实验装置中，在待测螺线管回路中串接毫安计用于测量螺线管导线中交变电流的有效值。在探测线圈A1两端连接数字毫伏计用于测量A1中感应电动势的有效值。
使用探测线圈法测量直流磁场时，可以使用冲击电流计作为探测仪器，同学们可以
参考冲击电流计原理设计出测量方法。
测螺线管磁场———实验内容
1．研究螺线管中磁感应强度B与电流I和感生电动势V之间的关系，测量螺线管中的磁感应强度。
2．测量螺线管轴线上的磁场分布。
测螺线管磁场———实验仪器
图 1 : 测量螺线管内磁场实验装置全貌
测量螺线管内磁场实验仪器包括：铜导线螺线管、霍尔元件（轴向磁场探针）、（毫）
特斯拉计、电流源。
图 2 : 铜导线螺线管
图 3 : 霍尔元件（轴向磁场探针）
上图为轴向磁场探针，伸入螺线管中用于测量磁场强度，探针的另一端接在特斯拉计之
上，由特斯拉计给出磁场强度的读数。
图 4 : （毫）特斯拉计
给出磁场强度的读数。与测量直流导体外磁场中使用的特斯拉计相似。
图 5 : 电流源 为铜导线螺线管供电，产生磁场。
实验重点
1．掌握探测线圈法测量交变磁场的方法。 2．测量螺线管轴线上的磁场分布。 3．加深理解电磁感应定律及磁场的特征。 实验难点
1．探测线圈法测量磁场的线路设计与连接，包括单刀双掷开关及交流毫伏计的使用。
2．低频信号发生器的使用。 3．互感现象的观察及线路设计。 操作指导