地磁场水平分量的测量实验
大物实验8
磁场的测量【实验目的】（1）学会用“正切电流计法”测量地磁场水平分量B//。
（2）用磁阻传感器测量地磁场【实验原理及步骤】在我们周围到处都存在着磁场，同时磁场也为我们所用。
由于磁场存在的形式比较复杂，在测量时，首先需要知道被测量磁场的性质和磁场强度的大小，以此来选择正确的测量方法。
1. 地磁场地球本身具有磁性，地球及近地空间存在的磁场叫做地磁场。
地磁场的强度和方向随地点、甚至随时间变化而变化。
地磁的北极、南极分别在地理南极、北极附近，彼此并不重合，如图5.5.1所示，而且两者间的偏差随时间不断地缓慢变化。
在一个较小的范围内，地磁场基本上是均匀的。
地磁场可用三个参量来表示其方向和大小，如图5.5.2所示。
（1）磁偏角α。
地球表面任一点的地磁场强度矢量B所在的垂直平面（图5.5.2中B z所构成的平面，称地磁子午面）与地理子午面（图5.5.2中xz构成的平面）之间的夹角。
（2）磁倾角ϕ。
地磁场强度矢量B与水平面（xy平面）之间的夹角。
（3）水平分量B//。
地磁场强度矢量B在水平面上的投影。
地磁场存在于三维空间内，测量地磁场的这三个参量，就可确定某一地点地磁场的B 矢量的方向和大小。
这三个参量实际上是随时间在不断地改变，但这一变化极其缓慢、微弱。
图5.5.1 图5.5.22. 用“正切电流计法”测量地磁场水平分量B//1）实验前仪器调节“正切电流计”的结构如图5.5.3所示，它主要由亥姆霍兹线圈和罗盘构成。
亥姆霍兹线圈是由一对彼此平行且连通的共轴圆形线圈组成，两线圈内的电流大小相同、方向一致。
线圈之间的距离d正好等于圆形线圈的半径R。
这种线圈的特点是能够在公共轴线中点附近产生较广泛的均匀磁场。
在亥姆霍兹线圈的公共轴线的中点处水平放臵一个罗盘，就构成了“正切电流计”。
图5.5.3根据仪器的结构，在探测器盒盖的顶端安装罗盘，盒盖上设有2个定位螺丝，用于确定罗盘的位臵；另有一个锁紧螺丝，用于固定罗盘。
将水平轴升降紧固螺丝松开，使水平轴降至升降板滑槽的下端，调节的目的是使罗盘的指针定位于线圈的轴线上。
地磁场水平分量的测量解读
实验二十九 地磁场水平分量的测量1、教学目标（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、教学难点、重点难点：地磁场的相关概念；正切电流计的原理。
重点：测量方法和测量公式。
3、实验室提供的仪器和用具亥姆霍兹线圈（N=640匝，R=10cm ），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（0.5级，10Ma ），换向开关，水准器。
4、实验原理4.1 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 。
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)。
地磁仪实测实验报告
一、实验目的1. 了解地磁仪的工作原理和测量方法。
2. 通过实测实验，掌握地磁仪的使用技巧。
3. 分析地磁数据，了解地磁变化规律。
二、实验原理地磁仪是一种测量地球磁场强度的仪器。
地球磁场分为水平磁场和垂直磁场两部分。
水平磁场是指地磁场的水平分量，垂直磁场是指地磁场的垂直分量。
地磁仪通过测量这两个分量，可以得出地磁场的强度和方向。
三、实验器材1. 地磁仪2. 计时器3. 导线4. 电脑5. 地图四、实验步骤1. 准备工作：将地磁仪开机预热，检查仪器是否正常工作。
2. 选择实验地点：根据实验要求，选择一个具有代表性的实验地点。
实验地点应避开高压线、金属建筑物等干扰源。
3. 测量水平磁场：将地磁仪水平放置，启动计时器，记录地磁仪显示的水平磁场强度值。
4. 测量垂直磁场：将地磁仪垂直放置，启动计时器，记录地磁仪显示的垂直磁场强度值。
5. 数据记录：将实验地点、测量时间、水平磁场强度值、垂直磁场强度值等数据记录在实验记录表上。
6. 重复测量：在实验地点的不同位置重复测量水平磁场和垂直磁场，记录数据。
7. 数据分析：将实验数据输入电脑，利用相关软件进行分析，了解地磁变化规律。
五、实验结果与分析1. 实验数据实验地点：某市郊公园测量时间：2022年5月15日水平磁场强度值：0.30mT垂直磁场强度值：0.50mT2. 数据分析根据实验数据，该地点地磁场的水平分量和垂直分量分别为0.30mT和0.50mT。
从数据分析可以看出，该地点地磁场的水平分量和垂直分量均处于正常范围内。
3. 地磁变化规律通过实验数据的分析，可以得出以下结论：（1）地磁场的水平分量和垂直分量在一天之内呈现出周期性变化，与地球自转有关。
（2）地磁场的水平分量和垂直分量在不同地点存在差异，可能与地球地壳构造有关。
（3）地磁场的水平分量和垂直分量受到多种因素影响，如地球自转、太阳活动、地球内部运动等。
六、实验结论1. 通过本次实验，掌握了地磁仪的使用技巧，了解了地磁仪的工作原理。
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。
地磁场水平分量的测量实验报告
地磁场水平分量的测量实验报告1. 实验目的通过地磁场水平分量的测量实验，了解地磁场的基本特性和测量方法，掌握地磁场水平分量的测量技巧和操作方法。
2. 实验原理地球上存在地磁场，它是由地球内部的自然磁场所产生。
地磁场的强度与地点、日期和时间等因素有关。
一般地球磁场垂直于地球表面的北极和南极之间的平面，称为地球的磁子午面，而水平面上的磁场分量叫做地磁场水平分量。
地磁场的测量方法主要有三种：飞行磁探、陆地磁探和海洋磁探。
陆地磁探是在地面上使用磁力计等仪器进行测量，通过目视或设备读数来获取数据。
3. 实验器材磁力计、细铁片、支架、水平仪、望远镜、三角板、直尺等。
4. 实验步骤（1）实验器材准备：将磁力计装在平整水平的铁板上，调整其变换装置，使磁针与磁场方向一致。
（2）实验地点选择：在开阔地面上选取一个平整水平的地点，安置仪器，保持地磁场垂直于磁力计，不受建筑物、障碍物及金属物质的影响。
（3）实验步骤：1. 水平安置磁力计，使其磁针与磁场方向一致。
2. 将望远镜调整至磁力计的标度上，并在三角板上安置细铁片，三角板的底边与罗盘水平。
3. 观察场地内可能影响罗盘方向的各种因素，避免振动、金属物质和电子设备等干扰。
记录罗盘的初始方位角度和时间。
4. 等待5分钟，让罗盘稳定在磁场方向，记录其方位角度和时间。
5. 在记录初始数据后，把细铁片向东或西移动一定的距离，保证细铁条与罗盘初始方位的夹角为30度。
6. 再等待5分钟，记录罗盘的方位角度和时间。
7. 按照上述方法，将细铁片向东或西移动，记录不同角度下罗盘的方位角度和时间。
8. 采集足够多的数据，计算平均角度和标准差。
5. 实验结果与分析实验过程中，需要注意各种可能影响罗盘方向的因素，如振动、金属物质和电子设备等干扰。
实验的平均角度和标准差可以通过计算得到，用于评估实验的准确性和可靠性。
6. 实验结论通过地磁场水平分量的测量实验，了解了地磁场的基本特性和测量方法，掌握了地磁场水平分量的测量技巧和操作方法。
地磁场测定实验
地磁场测定实验地磁场的数值比较小，约510-T 量级，但在直流磁场测量，特别是弱磁场测量中，往往需要知道其数值，并设法消除其影响，地磁场作为一种天然磁源，在军事、工业、医学、探矿等科研中也有着重要用途。
本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测量地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度的水平分量和垂直分量；测量地磁场的磁倾角，从而掌握磁阻传感器的特性及测量地磁场的一种重要方法。
由于磁阻传感器体积小，灵敏度高、易安装，因而在弱磁场测量方面有广泛应用前景。
一、实验目的（1）了解磁阻传感器的各向异性磁阻效应 （2）掌握测量地磁场的定标及测量原理和方法（3）熟练使用最小二乘法拟合 二、实验原理物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。
对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属，当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。
HMC1021Z 型磁阻传感器由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成一维磁阻微电路集成芯片(二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场)。
它利用通常的半导体工艺，将铁镍合金薄膜附着在硅片上，如图1所示。
薄膜的电阻率)(θρ依赖于磁化强度M 和电流I 方向间的夹角θ，具有以下关系式θρρρθρ2cos )()(⊥⊥-+=∥ （1）其中∥ρ、⊥ρ分别是电流I 平行于M 和垂直于M 时的电阻率。
当沿着铁镍合金带的长度方向通以一定的直流电流，而垂直于电流方向施加一个外界磁场时，合金带自身的阻值会生较大的变化，利用合金带阻值这一变化，可以测量磁场大小和方向。
同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带，一条是置位与复位带，该传感器遇到强磁场感应时，将产生磁畴饱和现象，也可以用来置位或复位极性；另一条是偏置磁场带，用于产生一个偏置磁场，补偿环境磁场中的弱磁场部分(当外加磁场较弱时，磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系)，使磁阻传感器输出显示线性关系。
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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：37
【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 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
图1
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。
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
35
8'⋅
=
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=
032
85a u N B b
R
=
•
=8×4π×10-7
×700××95)=×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×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。