磁感应强度的实验测定，本文主要内容关键词为：磁感应强度论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
磁感应强度是电磁学中一个核心物理量，它的测量方法有多种，本文试对各种磁感应强度的测量装置和方法作一介绍，目的是开拓学生视野，培养学生创造性思维和发散性思维能力。
一、力矩平衡法
应用通电导线在磁场中受力的原理，可以制成灵敏的电流天平。依据力矩平衡条件，测出通电导线在匀强磁场中受力的大小，从而求出磁感应强度。
例1 图1为电流天平的示意图，能用来测定匀强磁场的磁感应强度。在天平的一端挂一个矩形线圈，它的底边放在待测的匀强磁场中，磁场方向与线圈平面垂直，线圈匝数n=10，底边长L= 20cm，当线圈通0.2A电流时，天平达到平衡；然后保持电流大小不变，使电流反向，此时发现在天平左盘再加36g砝码才能使天平平衡。求磁感应强度月的大小（g取10
）：
图1
解析 原来天平平衡，左边砝码的重力
等于线圈的重力
与安培力F的合力，当电流反向时，左盘还要加码才能平衡，说明后来的安培力向下，则原来的安培力方向应向上。通过方程联立即可求得B的大小。
二、功能关系法
磁场具有能量，这种能量与磁感应强度有关；而功是能量转化的量度，因此，只要建立功和磁场能之间的关系，就可求得磁感应强度。
例2 磁场具有能量，磁场中单位体积所具有的能量叫做能量密度，其值为
。式中B是磁感应强度，μ是磁导率，在空气中μ为一已知常数。为了近似测得条形磁铁磁极端面附近的磁感应强度B，一学生用一根端面面积为A的条形磁铁吸住一相同面积的铁片P，再用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离△l，并测出拉力F，如图2所示。因为F所做的功等于间隙中磁场的能量，所以由此可得磁感应强度B与F、A之间的关系。
点评 因为△l很小，所以在这段位移内拉力可视为恒力，然后利用功的计算公式求解。
三、磁偏转法
带电粒子以垂直于磁场方向的速度进入匀强磁场时会发生偏转而做匀速圆周运动，通过对轨迹的研究可以求出磁感应强度。
例3 在电视机的设计制造过程中，要考虑到地磁场对电子束偏转的影响。在地球的北半球可将地磁场的磁感应强度分解为水平分量
和竖直向下的分量
。其中在水平方向对电子束影响较小可忽略，可通过以下装置进行测量。
水平放置的显像管中电子（质量为m，电荷量为e）从电子枪的炽热灯丝上发出后（初速可视为 0），先经电压为U的电场加速，然后沿水平方向自南向北运动（如图3），最后打在距电子枪出口水平距离为L的屏上，电子束在屏上的偏移距离为d。试求地磁场的磁感应强度的竖直分量。
点评 处理带电粒子在磁场中的圆周运动问题的关键是画出符合题意的轨迹图，确定圆心，然后根据几何关系求半径。
四、霍尔效应法
利用霍尔效应原理可以方便快捷地测量磁场的磁感应强度。
例4 将导体放在沿x方向的匀强磁场中，并通有沿y方向的电流时，在导体的上下两侧间会出现电势差，这个现象称为霍尔效应，利用霍尔效应的原理可以制造磁强计，测量磁场的磁感应强度。
磁强计的原理如图5所示，电路中有一段金属导体，它的横截面为边长等于a的正方形，放在沿x正方向的匀强磁场中，导体中通有沿y方向、电流强度为I的电流，已知金属导体单位体积中的自由电子数为n，电子电量为e，金属导体导电过程中，自由电子所做的定向移动可以认为是匀速运动，测出导体上下两侧面间的电势差为U。求磁场的磁感应强度是多少？
点评 由自由电子的运动情况建立平衡方程，然后结合电流的微观表达式求解。
五、电磁感应法
处于磁场中的闭合线圈，当磁通量发生变化时，由电磁感应规律知，线圈中会产生感应电流，通过某一截面的电量与磁感应强度有关，测出电量并利用二者关系从而求出磁感应强度。
例5 一个电阻为R的长方形线圈abcd沿着磁针所指的南北方向平放在北半球的一个水平桌面上。如图6所示，ab边长为
，bc边长为
。现突然将线圈翻转180°，使ab与dc交换一下位置，可设法测得导线中流过的电量为
，然后维持ad边不移动，将线圈绕ad边转动，使之突然竖直，这次测得导线中流过的电量为
，试求该处地磁场的磁感应强度B的大小。
图6
解析 该线圈水平放在北半球，地磁场在北半球磁场方向是斜向下方的，磁感应强度B可分解为竖直向下的分量与水平分量。
第一次翻动时竖直向下的磁通量发生变化，第二次翻动时，水平方向的磁通量发生变化。然后根据Q=I△t及
，分别求出
的值，最后求出合磁感应强度B。
点评 本题通过电流强度的定义和法拉第电磁感应定律推导出磁感应强度和电量的关系式，分别求出地磁场的两个分量，然后利用矢量合成法求出地磁场。
例6 在操场上，两同学相距10m左右，在东偏北、西偏南11°的沿垂直于地磁场方向的两个位置上，面对面将一并联铜芯双绞线，象甩跳绳一样摇动，并将线的两端分别接在灵敏电流计上（如图7所示）。双绞线并联后的电阻R为2Ω，绳摇动的频率配合节拍器的节奏，保持f=2Hz。如果同学摇动绳子的最大圆半径h=1m，电流计的最大值I=3mA。试估算地磁场的磁感应强度。
图7
点评 本题利用欧姆定律和法拉第电磁感应定律建立磁感应强度与电流强度的关系，进而求出地磁场的磁感应强度。解题中要善于从实际问题中抽象出物理模型。