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磁场的描绘

叠加两只圆线圈，看看中心附近为什么更均匀。

在两种励磁电流下测量单线圈和双线圈轴向响应。将共同读数标度的电流比例与几何理论分开比较，再扫描线圈间距，理解亥姆霍兹条件的中心均匀性。

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图 1　移动探头记录轴场 → 叠加圆线圈理论场 → 比较中心场均匀性

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从记录到计算

每个线圈配置在 300、500 mA 下各有七个轴向记录点。几何参数为半径 $R=105\ \mathrm{mm}$、匝数 $N=500$、间距 $d=105\ \mathrm{mm}$；理论坐标原点取双线圈中点。

圆线圈理论采用细线圈近似及经典磁常数。实验读数沿用原表标度，理论场以 mT 表示；电流比例与归一化形状各自使用同系列参照。

$$ B_c(x)=\frac{\mu_0NIR^2}{2[R^2+(x-x_c)^2]^{3/2}},\qquad B_{pair}(x)=B_{-d/2}(x)+B_{d/2}(x). $$

表 1　关键计算结果

单线圈峰值接近模型中心 −52.5 mm；双线圈记录在约 −52 至 −42 mm 附近出现峰值，而中点坐标模型向零位置逐渐形成平台。两种形状的比较提供坐标原点与接线核查的线索。

把轴向观测与间距模型并排阅读

图 2　单线圈 300 mA 的七点轴向观测，纵轴为原记录单位

图 3 双线圈 300 mA 的七点轴向观测，纵轴为原记录单位	图 4 d/R=1 的理想亥姆霍兹双线圈归一化轴向场

前两幅显示记录位置范围内的响应。第三幅覆盖完整的中心邻域，展示间距等于半径时的平坦形状；阅读时分别使用图轴声明的坐标和标度。

在 Notebook 中探索

HTML 阅读版 包含上述控件；Jupyter 与 Wolfram Notebook 沿报告章节展开公式、数据处理和模型计算。

建议按以下顺序阅读：

1. 先查看线圈几何与坐标约定，再定位单线圈记录峰值。
2. 比较两电流响应的比例，然后阅读双线圈观测与理论形状。
3. 切换间距比，观察亥姆霍兹条件附近的中心均匀性。

在本机打开

环境安装与字体设置见使用指南。在仓库根目录启动本实验：

.\.venv\Scripts\python.exe -m jupyterlab experiments/course-03/magnetic-field/notebooks/analysis.ipynb

安装 Paclet 后，通过包入口打开 Wolfram Notebook。将安装路径改为本机仓库所在位置：

PacletInstall["D:/general-physics-lab/notebook/paclets/MagneticFieldLab/dist/MagneticFieldLab-0.1.0.paclet"];
Needs["MagneticFieldLab`"];
MagneticFieldLab`OpenNotebook[]

数据与计算实现

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