地磁场水平分量的测量-实验
试验二十五地磁场水平分量的测量
实验二十五 地磁场水平分量的测量一 实 验 目 的1． 学习测量地磁场水平分量的方法；2． 了解正切电流计的原理；3． 学习分析系统误差的方法二 仪 器 和 用 具亥姆霍兹线圈、罗盘、直流稳压电源、电阻箱、直流电流表、换向开关，水准器。
三 实 验 原 理1． 地磁场与地磁要素地球是一个大磁体，地球本身及其周围空间存着磁场叫做“地球磁场”又称地磁场，其主要部分是一个偶极子轴线与地球表面的两个交点称为地磁极，地磁的南（北）极实际上是地心磁偶极子的北（南）极，如图1。
地心磁偶极子的磁轴m m S N 与地球的旋转轴NS 斜交一个角度o 5.11,00≈θθ。
所以地磁极与地理极相近但不相同，地球磁场的强度和方向随地点、时间而发生变化。
地球表面任何一点心地磁场的磁感应强度矢量B 具有一定的大小和方向。
在地理直角坐标系中如图2所示。
O 点表示测量点，x 轴指向北，即为地理子午线（经线）的方向；y 轴指向东，即为地理纬线方向；z 轴垂直于地平面而指向地下。
XOy 代表地平面。
B 在xOy 平面上的投影//B 称为水平分量，水平分量所指的方向就是磁针北极所指的方向，即磁子午线的方向；水平分量偏离地理真北极的角度D 称为磁偏角，也就是磁子午线与地理子午线的夹角。
由地理子午线起算，磁偏角东为正，西偏为负。
B 偏离水平面的角度I 称为磁倾角。
在北半球的大部分地区磁针的N 极下倾，而在南半球，则磁针的N 极向上仰，规定N 极下倾为正，上仰为负。
B 的水平分量//B 在x 、y 轴上的投影，分别称为北向分量x B 和东向分量y B ；B 在Z 轴上的投影z B 称为垂直分量。
故某一地点O的地磁要素有：⑴地磁场总磁感应强度B ，⑵磁倾角I ，⑶磁偏角D ，⑷水平分量//B ，⑸垂直分量z B ，⑹北向分量x B ，⑺东向分量y B 。
不难看出，它们是B 在各个坐标体系中的坐标值，比如z y x B B B ,,就是B 在直角坐标系中的坐标值，而,,//B B z D 和D 、//B 、I 则分别是B 在柱面坐标系和球坐标系中的坐标值，这三种坐标体系是彼此独立的，在它们之间，存在着如下的变换关系：图1图2zy x z y x B B B B B B tgI B B D B B D B B 2//2222//2//////,,,sin ,cos +=+==⋅=⋅= I B I B B z csc sec //⋅=⋅=；x yB B tgD = （1）如果知道其中独立的三个，其它四个就可以计算出来。
地磁场磁感应强度B(水平分量)的测量
Ｂ ＝ Ｂ ＋ ；
Ｂ＝Ｂ × ｅ ＝Ｂ × ｓ ｆ 。 。 ｓ ｃ ｚｃ ｌ ｃ 若知道其中独立的三 个量 ， 他四个量就 其 可 以 计 算 出来 。
Ｂ ＝ ｔ ；ｊ ＋ ： Ｂ ×ａ ＝ ｎ Ｂ；
１地磁场的分布及地磁要素
地球 本 身 及其 周 围空 间存 在 的 磁 场 叫 “ 地球磁 场” 简称 地磁场 ， 其主要 部分是 一个 偶极场 。地心 磁偶极 子轴线 与地球 表面 的两 个交点 叫地 磁极 ， 磁的南（ ） 实际上是地 地 北 极 心磁偶极子的北（ 极。地心 磁偶极子 的磁轴 南） Ｎｍ ｍ与地球的旋转轴 Ｎ 斜交一个角度 ， Ｓ Ｓ ｌ．。 １ ５ 。所 以地磁极与地理极相 近但不 重合 ， 地球磁场 的强度和方 向随时 间、地点而
一
地面任何一 点的磁场的磁感应强度 矢量 具有 一定的 大小和 方 向。在地 理直 角坐标 系 中的地 磁要 素关 系图如 图 １所 示 。Ｄ 点表示 测量点 ， 轴指 向北 ， 即为地理子 午线（ 经线） 的 方向 ； 制旨向东 ， 即为地理纬线方 向 ； 垂直 西由 于地平 面而指 向地 下。ｘＯｙ代表地 平面 。 在 ｘＯｙ平面上 的投影Ｂ 称为水平 分量 ， 水平 分量偏 离地理真北 极的 角度 称为磁偏 角 ， 偏离水平面 的 Ｉ 角度称为磁倾角 。 的水平分 量Ｂ 在 Ｘ、 轴上 的投影 ， 分别称 为北 向分量 和东向分量 ， ； ｚ 在 轴上 的投影 称为垂 直分量 。故某一点 Ｄ的地 磁要素有 ： ） １地磁场 磁感应强度 ；） ２磁倾角 ；） ３磁偏角 ；） ４水平 分量Ｂ ５垂直分量 ； ） ） ６ 北向分量 ；） 向 ７东 分量 。由图 １ ， 知 在直角坐标 系内各量 间存
８ ０ ７ １ ０） ０
地磁水平分量的测量
图 １中 ， Ｂ∥ 为 均 匀 磁 场 的水 平 分 量 ， 悬 吊 的
小 磁针 可 以绕 悬 线 Ｃ 自由振 动 ， 当悬 线 与 Ｂ ∥夹
角为 ０ 时， 受到 的磁力 矩 为
Ｌ一 一 Ｍ Ｂ∥ｓ ｉ ｎ ， （ １ ）
则
小磁 针 的转 动惯 量 ｊ以及 磁 矩 Ｍ 未 知时 ， 可
以外 加 １个 辅助磁 场 ， 一般 为 电流 ｉ 产 生 的磁 场 ，
其 大小 为 Ｂ 一ｋ ｉ ．
当Ｂ 的方 向与地磁 水 平分 量 方 向 相 同时 ， 合
磁 场 Ｂ 为
Ｂ— Ｂ／ ／＋ ｋ ｉ ， （ ６）
本文中介绍的磁针动力学法测量地磁场的水平分量也可以用类似加辅助磁场的方法测量磁针转动惯量如可以在磁针的两端对称地放上形状规则的配重配重转动惯量可计算通过改变配重在磁针上的相对位置测量不同状态下的磁针振动周期在测得磁场的情况下获得磁针的转动惯量从而可以获得磁针的磁矩78
第 ３ ７卷 第 ４期
２ ０ １ ７年 ４月
物 理 实 验
ＰＨ ＹＳＩ ＣＳ ＥＸＰＥＲＩ Ｍ ＥＮＴＡＴＩ ＯＮ
Ｖ ０１ ． ３７ Ｎ Ｏ． ４ Ａｐｒ ．， ２Ｏ１ ７
地 磁 水 平分 量 的测 量
胡 小鹏 ， 周 进
（ 南京 大 学 物 理 学院 ， 江 苏 南京 ２ １ ０ ０ ９ ３ ）
摘 要 ： 用 动 力 学 的方 法 测 量 了 地 磁 场 的水 平 分 量 ．通 过 改 变 电路 中 电流 的大 小 和 方 向 ， 测 量 磁 针 在 地 磁 场 水 平 分 量 和 外 加 亥 姆 霍 兹 线 圈 产 生 的合 磁 场 的共 同作 用 下 的 简 谐 振 动 周 期 ， 用作 图 法 得 到 合 磁 场 为 零 的 电 流 值 ， 从 而 得 到 地 磁
大学磁场测量实验报告
一、实验目的1. 理解磁场的基本概念和特性。
2. 掌握利用不同方法测量磁场的方法和原理。
3. 通过实验加深对电磁学基本定律的理解。
4. 培养实验操作能力和数据处理能力。
二、实验原理磁场是描述磁力作用的空间状态，其基本单位是特斯拉（T）。
本实验主要涉及以下几种磁场测量方法：1. 螺线管磁场测量：利用安培力定律，通过测量电流和螺线管几何尺寸来计算磁场强度。
2. 霍尔效应磁场测量：利用霍尔效应，通过测量霍尔电压和霍尔系数来计算磁场强度。
3. 地磁场测量：利用磁针或磁强计测量地磁场的水平分量和垂直分量。
三、实验器材1. 螺线管实验装置：螺线管、电流表、安培计、尺子等。
2. 霍尔效应实验装置：霍尔元件、稳压电源、毫伏表、导线等。
3. 地磁场测量装置：磁针或磁强计、指南针、水平仪等。
四、实验步骤1. 螺线管磁场测量：1.1. 将螺线管连接到稳压电源和电流表上。
1.2. 通过调节稳压电源，使电流表显示一定电流值。
1.3. 使用尺子测量螺线管的长度、直径和匝数。
1.4. 根据安培力定律计算螺线管内的磁场强度。
2. 霍尔效应磁场测量：2.1. 将霍尔元件连接到稳压电源和毫伏表上。
2.2. 调节稳压电源，使电流表显示一定电流值。
2.3. 使用指南针或磁强计确定磁场方向。
2.4. 通过测量霍尔电压和霍尔系数，计算磁场强度。
3. 地磁场测量：3.1. 将磁针或磁强计放置在水平面上。
3.2. 使用水平仪调整磁针或磁强计，使其水平。
3.3. 使用指南针确定磁场方向。
3.4. 记录磁针或磁强计的读数，计算地磁场的水平分量和垂直分量。
五、实验结果与分析1. 螺线管磁场测量：1.1. 通过实验数据，计算得到螺线管内的磁场强度为X特斯拉。
1.2. 对比理论计算值，分析误差来源。
2. 霍尔效应磁场测量：2.1. 通过实验数据，计算得到磁场强度为Y特斯拉。
2.2. 对比理论计算值，分析误差来源。
3. 地磁场测量：3.1. 通过实验数据，计算得到地磁场的水平分量和垂直分量分别为Z特斯拉和W特斯拉。
宅家实验 地磁场的测量-地磁场测量居家实验
五、实验记录和数据处理
1、原始数据记录
1）测量地点拍照上传。
2）测量水平及垂直分量，手机绕轴至少旋转两周，
phyphox原始磁感应强度变化曲线拍照上传。
表 1（测量地经纬度： A:
B:
）
BA(uT)
水平分量 B//max
水平分量 B//min
垂直分量 B⊥max
垂直分量 B⊥min
BB(uT)
表 2（测量地经纬度：A______）
随着地理位置的不同，通常地磁场的强度是0.4-0.6 Gauss。需要注意的是，磁北极和地理上的北极并不重合 ，现在他们之间约有5度左右的夹角。
图1 地磁场分布图
地磁场是一个矢量，对 于一个固定的地点来说，这 个矢量可以被分解为两个与 当地水平面平行的分量和一 个与当地水平面垂直的分量。 如果保持电子罗盘和当地的 水平面平行，那么罗盘中磁 力计的三个轴就和这三个分 量对应起来，如图2所示。
1）测量地球磁场的 水平分量
将手机水平放置，打 开磁力计开关，在水平 面上缓慢旋转手机(旋 转轴垂直地面)，找到 水平方向的峰值和谷值 ，计算水平分量。
图4 测地磁场水平分量
2）测量地球磁场的 垂直分量
将手机沿“南北”方向 水平放置，并沿此方向的 轴旋转手机，记录磁场在 竖直方向的磁场的峰值和 估值，由此计算磁场的垂 直分量
实验6 地磁场的测量
一、实验目的 1. 了解地球磁场及其分布特点 2. 了解磁力计的工作原理 3. 学习phyphox软件测量地磁场的方法
二、实验仪器 智能手机、phyphox软件、计算器
三、实验原理
1. 地磁场的分布 如图1所示，地球的磁场象一个条形磁体一样由地磁
南极（物理N极）指向地磁北极。在磁极点处磁场和当地 的水平面垂直，在赤道磁场和当地的水平面平行，所以在 北半球磁场方向倾斜指向地面。用来衡量磁感应强度大小 的单位是Tesla(特斯拉)或者Gauss(1Tesla=10000Gauss)。
地磁场水平分量的测量-实验
地磁场水平分量的测量-实验
实验用的仪器有：一组磁力计、一台多参数计（带有计算机和配件）以及许多必要的设备。
实验步骤：
第一步：将磁力计放置在位置A上，然后于多参数计上复位，以消除以前在读取中可能存在的数据。
第二步：在多参数计上设置参数，以读取A处磁力计的地磁场水平分量值。
第四步：重复第二步和第三步的操作，但改变磁力计的位置，找到多个位置，读取其地磁场水平分量值。
第五步：对所得到的磁力计数据进行处理，整理成表格的形式，其中应当包括每次测量的位置A编号及其读出的地磁场水平分量值。
第六步：用类似于拟合的一种方法，将地磁场水平分量值拟合在一条线上，结果以直
线图形式展示。
以上就是地磁场水平分量的测量实验的全部步骤。
本实验目的旨在测量地磁场水平分量的大小，以用于地磁场的定位。
结果表明，地磁场水平分量总是伴随着经纬度变化而变化。
地磁场的测量实验报告
地磁场的测量实验报告一、实验目的地磁场是地球的重要物理场之一，它对地球的生态、通信、导航等方面都有着重要的影响。
本次实验的目的是测量地磁场的水平分量和垂直分量，并了解地磁场的基本特性。
二、实验原理1、利用磁阻传感器测量地磁场的磁感应强度磁阻传感器是一种基于磁阻效应的传感器，当磁场作用于磁阻传感器时，其电阻值会发生变化。
通过测量电阻值的变化，可以计算出磁场的磁感应强度。
2、测量地磁场的水平分量和垂直分量将磁阻传感器水平放置，测量得到的磁感应强度即为地磁场的水平分量；将磁阻传感器垂直放置，测量得到的磁感应强度即为地磁场的垂直分量。
三、实验仪器1、磁阻传感器2、数据采集卡3、计算机4、电源四、实验步骤1、连接实验仪器将磁阻传感器与数据采集卡连接，数据采集卡与计算机连接，接通电源。
2、校准磁阻传感器在无磁场的环境中，对磁阻传感器进行校准，消除零漂和误差。
3、测量地磁场的水平分量将磁阻传感器水平放置，在计算机上记录测量数据。
4、测量地磁场的垂直分量将磁阻传感器垂直放置，在计算机上记录测量数据。
5、重复测量多次为了提高测量的准确性，对水平分量和垂直分量分别进行多次测量，并取平均值。
五、实验数据以下是多次测量得到的地磁场水平分量和垂直分量的数据：｜测量次数|水平分量（μT）｜垂直分量（μT）｜｜｜｜｜｜1|＿____|＿____|｜2|＿____|＿____|｜3|＿____|＿____|｜4|＿____|＿____|｜5|＿____|＿____|平均值：水平分量：＿____μT垂直分量：＿____μT六、数据处理与分析1、计算地磁场的总磁感应强度根据勾股定理，地磁场的总磁感应强度 B 可以通过水平分量 Bx 和垂直分量 By 计算得到：B ＝√（Bx²＋ By²)2、计算地磁场的磁倾角磁倾角θ 可以通过垂直分量 By 和总磁感应强度 B 计算得到：θ ＝ arctan(By ／ Bx)3、分析测量结果的误差误差可能来源于仪器误差、环境干扰、测量次数等因素。
霍尔效应测地磁场水平分量
霍尔效应测地磁场水平分量1. 引言嘿，大家好！今天咱们聊聊一个听上去有点高大上的话题——霍尔效应，尤其是它如何帮助我们测量地磁场的水平分量。
别担心，这可不是一门深奥的科学课，咱们会用简单的语言，轻松幽默地来探讨这个话题。
想象一下，科学也可以像喝茶一样惬意，不是吗？2. 霍尔效应是什么2.1 简单概念首先，霍尔效应是什么呢？简单来说，霍尔效应是当电流通过一个导体时，如果这个导体置于一个磁场中，就会在导体的两端产生电压。
哇，听上去好神奇，是不是？这就像当你在河边划船，水流一冲，船就会歪掉一样。
其实，霍尔效应就像是磁场给电流“打了个招呼”，让它产生了点小波动。
2.2 实际应用那么，这个现象有什么用呢？举个简单的例子，霍尔效应在很多地方都有应用，比如汽车的速度传感器、电子元件的检测等等。
它帮助我们监测各种电气信号，让我们在日常生活中变得更加智能。
听起来是不是很酷？就像魔法一样，哈哈！3. 地磁场的水平分量3.1 什么是地磁场接下来，咱们来说说地磁场。
地磁场是地球自身产生的磁场，它像一层无形的保护罩，包围着我们的星球。
你可能不知道，地球就像一颗大磁铁，有南北极，磁场的方向和强度在不断变化，就像变幻莫测的天气一样。
3.2 水平分量的意义地磁场有水平分量和垂直分量，今天咱们主要关注的是水平分量。
这个水平分量就像一个GPS导航，它能帮助我们确定方向。
如果没有这个信息，我们可能会迷失在广阔的宇宙中，哈哈！地磁场的水平分量还对动物的迁徙、航海等活动起着至关重要的作用。
4. 如何利用霍尔效应测量地磁场4.1 实验原理说到这里，你可能会好奇，怎么用霍尔效应来测量地磁场呢？其实，方法并不复杂。
我们可以将一个霍尔元件放置在地磁场中，电流通过它，然后在霍尔元件的两端就会产生电压，这个电压的大小和方向就可以告诉我们地磁场的水平分量了。
是不是觉得像解谜游戏一样？4.2 实际操作在实验中，我们需要一些设备，比如电源、霍尔传感器和一些测量仪器。
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地磁场水平分量的测量
姓名：王秋来 专业班级：物科院11级物理学 学号：1108405037
【摘要】某一地点O 的地磁要素有：⑴地磁场总磁感应强度B ，⑵磁倾角I ，⑶磁偏角D ，⑷水平分量//B ，⑸垂直分量z B ，⑹北向分量x B ，⑺东向分量y B 。
确定某一点的地磁场通常用磁偏角，磁倾角和水平分量//B 三个独立要素。
利用正切电流计算原理，测定地磁场的水平分量//B
地磁场水平分量为：032
85a u N B b R
=
•
【关键字】地磁场，水平分量，正切电流计，磁偏角。
1、实验目的
（1）学习测量地磁场水平分量的方法； （2）了解正切电流计的原理； （3）学习分析系统误差的方法 2、实验室提供的仪器和用具
亥姆霍兹线圈（N=700匝），地质罗盘（DL-I 型），直流稳压电源（DF173系列），电阻箱（ZX21型），直流电流表。
3、实验原理
3.1 地磁场与地磁要素 地球是一个大磁体，地球本身及其周围空间存着磁场叫做“地球磁场”又称地磁场，其主要部分是一个偶极
场。
地心偶极子轴线与地球表面的两个交点称为地磁极，地磁的南（北）极实际上是地心磁偶极子的北（南）极，如图1。
地心磁偶极子的磁轴m m S N 与地球的旋转轴NS 斜交一个角度o 5.11,00≈θθ。
所以地磁极与地理极相近但不相同，地球磁场的强度和方向随地点、时间而发生变化。
地球表面任何一点的地磁场的磁感应强度矢量B 具有一定的大小和方向。
在地理直角坐标系中如图2所示。
O 点表示测量点，x 轴指向北，即为地理子午线（经线）的方向；y 轴指向东，即为地理纬线方向；z 轴垂直于地平面而指向地下。
XOy 代表地平面。
B 在xOy 平面上的投影//B 称为水平分量，水平分量所指的方向就是磁针北极所指的方向，即磁子午线的方向；水平分量偏离地理真北极的角度D 称为磁偏角，也就是磁子午线与地理子午线的夹角。
由地理子午线起算，磁偏角东为正，西偏为负。
B 偏离水平面的角度I 称为磁倾角。
在北半球的大部分地区磁针的N 极下倾，而在南半球，则磁针的N 极向上仰，规定N 极下倾为正，上仰为负。
B 的水平分量
//B 在x 、y 轴上的投影，分别称为北向分量x B 和东向分量y B ；B 在Z 轴上的投影z B 称为垂直分量。
故某一地点O
的地磁要素有：⑴地磁场总磁感应强度B ，⑵磁倾角I ，⑶磁偏角D ，⑷水平分量//B ，⑸垂直分量z B ，⑹北向分量
x B ，⑺东向分量y B 。
不难看出，它们是B 在各个坐标体系中的坐标值，比如z y x B B B ,,就是B 在直角坐标系中的坐标值，而,,//B B z D 和D 、//B 、I 则分别是B 在柱面坐标系和球坐标系中的坐标值，这三种坐标体系是彼此独立的，在它们之间，存在着如下的变换关系：
z
y x z y x B B B B B B tgI B B D B B D B B 2//2222//2//////,,,sin ,cos +=+==⋅=⋅=
图2
I B I B B z csc sec //⋅=⋅=；x
y B B tgD =
（1）
如果知道其中独立的三个，其它四个就可以计算出来。
确定某一点的地磁场通常用磁偏角，磁倾角和水平分量//B 三个独立要素。
3.2利用正切电流计算原理，测定地磁场的水平分量//B 我们利用亥姆霍兹线圈制成一台正切电流计，亥姆霍兹线圈是一对相同的圆形线圈，彼此平行而且共轴，两线圈平行放置，绕行方向一致，相互串联，其线圈的间距等于线圈的半径。
在中心点附近较大范围内的磁场是相当均匀的，亥姆霍兹线圈在低磁场情况下既做磁化线圈，产生给定的磁场，又可做为弱磁场的计量基准，在较大的空间范围内，由于空间场的不均匀性引起的误差是很小的。
在亥姆霍兹线公共轴线的中点处，水平放置一罗盘，即构成了正切电流计，如图3示。
在通电前，先将线圈平面与罗盘指针相平行，即线圈平面与地磁子午面一致。
然后在线圈中通以直流电，亥姆霍兹线圈产生的B ’必和地磁场的水平分量//B 相垂直，罗盘之中的磁针就在B ’、//B 两磁场所产生的磁力矩同时作用下偏离地磁子午面，与磁子午面成一定的角度θ，如图4所示。
由图可知
θtg B B =//
'
（2） 亥姆霍兹线中点的磁场为 2
3
58'⋅
=
R
NI
B μο （3）
式中：N 为线圈的匝数，R 为线圈的平均半径，I 为流经线圈的电流强度，
图3
图4
27/104A N -∏⨯=μο将（29-2）式代入（1）式得θ
μοtg R NI
B ⋅=
2/3//58 （4） 即 θθμοKtg tg N
B R I ==85//
2/3 （5）
式中N
B R K μο85//
2/3=。
对于同一个测量地点和给定的正切电流计，N R B 和,//均为不变
值，故K 为一常量。
由（5）式可知，流过电流计的电流强度与磁针偏转角θ的正切成正比。
因此这种电流计称为正切电流计。
若能测得流过正切电流计的电流I ，与罗盘指针的偏转角θ，即能测得地磁的水平分量//B 值。
4、 实验内容
1.连接好线，调节正切电流计底座脚螺丝使水准器气泡调节至中间，这会使罗盘位于水平位置，这样线圈平面就铅直了
2.旋转整个正切电流计装置使线圈平面与罗盘磁针平行，即使线圈平面与地磁子午面一致，并使磁针的N 极指向“0”刻度线，这样线圈通电后由线圈产生的磁场B G 与地磁水平分量B R 相互垂直。
3.旋转电流调节旋钮，改变通入正切电流计的电流值，从罗盘上读得磁针的偏转角1θ，为了消除罗盘磁针偏心误差，需从罗盘商读的两个读数1θ，
2θ，通过调节接线使电流换向，同样在罗盘上又可读3θ、4θ,固定线圈匝
数N=700，使输出电流分别为1mA 、2mA 、3mA 、4mA 、5mA 、10mA 、15mA 、20mA ，读出1θ、2θ、3θ、4θ 4个读数。
4.测得一系列的偏转角θ值。
作I~tan θ图，由图线求出斜率b 值，代入
图5
3
2
05tan 8a RB I u N
θ
= 即可求得地磁场水平分量为
\032
85a u N B b
R
=
•
5.实验结果
N=700匝 R=95 mm
tan θ~I 图
由图线得斜率b=4.44
032
85a u N B b
R
=
•
=8×4π×10-7
×700×4.44/(51.5
×95)=2.925×
10-5
（T ）
6.实验结论与分析
本次实验测得的地磁场水平分量为2.925×10-5特斯拉，但因为实验者对实验器材及操作方法不太熟悉对实验结果造成了一定的误差。