地磁场水平分量的测量
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
基于智能手机地磁场水平分量的测量
第３３卷第１期大学物理实验Ｖｏｌ.３３Ｎｏ.１２０２０年２月ＰＨＹＳＩＣＡＬＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＯＦＣＯＬＬＥＧＥＦｅｂ.２０２０收稿日期:２０１９￣１０￣０９基金项目:四川省大学生创新创业计划项目(Ｓ２０１９１４３８９１００㊁Ｓ２０１９１４３８９１０１)文章编号:１００７￣２９３４(２０２０)０１￣００４７￣０３基于智能手机地磁场水平分量的测量张㊀容ꎬ王星雨ꎬ郑鑫玉ꎬ胡㊀珊ꎬ黄全会(成都师范学院有色金属材料梯度杂化制备与性能研究所ꎬ四川成都㊀６１１１３０)摘要:利用智能手机的指南针功能ꎬ结合亥姆霍兹线圈产生的均匀磁场ꎬ来进行普通物理实验中地球磁场水平分量的测量实验的改造ꎮ充分利用了手机的指南针的灵敏度高㊁无偏心误差以及读数准确的优点ꎬ减小了实验误差ꎮ同时ꎬ提高了利用生活中的常用工具来解决物理问题㊁激发学生学习兴趣的目的ꎮ关键词:亥姆霍兹线圈ꎻ指南针ꎻ地磁场中图分类号:Ｏ４￣３４文献标志码:ＡＤＯＩ:１０.１４１３９/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｎ２２￣１２２８.２０２０.０１.０１２㊀㊀目前的智能手机都有内置的磁场传感器ꎬ一般用在常见的指南针或是地图导航中ꎬ帮助手机用户实现准确定位ꎮ其指南针又称电子罗盘ꎬ能精确地数字化读出与地磁场南北方向的夹角ꎮ若结合正切电流计用来测量地磁场ꎬ不仅避免了用普通机械罗盘灵敏度低㊁读数不准以及有偏心误差的缺点ꎬ同时手机是生活中使用最普遍的工具之一ꎬ对提高学生的学习兴趣大有裨益ꎮ通过对实验的改进ꎬ能使测量出地球水平磁场分量误差小于１.５％以内ꎮ１㊀原㊀理所谓正切电流计就是在亥姆霍兹线圈公共轴线的中点处ꎬ水平放置一罗盘ꎬ即构成了正切电流计ꎬ如图１所示ꎮ图１㊀正切电流计亥姆霍兹线圈是一对相同的圆形线圈ꎬ彼此平行而且共轴ꎬ两线圈平行放置ꎬ绕行方向一致ꎬ相互串联ꎬ其线圈的间距等于线圈的半径ꎮ在中心点附近较大范围内的磁场是相当均匀的ꎬ亥姆霍兹线圈在低磁场情况下既作磁化线圈ꎬ产生给定的磁场ꎬ又可作为弱磁场的计量基准ꎬ在较大的空间范围内ꎬ由于空间场的不均匀所引起的误差是很小的ꎮ在通电前ꎬ先将线圈平面与罗盘指针相平行ꎬ即线圈平面与地磁子午面一致ꎮ然后在线圈中通以直流电ꎬ亥姆霍兹线圈产生的ＢＨ必和地磁场的水平分量Ｂ１相垂直ꎬ罗盘之中的磁针就在ＢＨ㊁Ｂ１两磁场所产生的磁力矩同时作用下偏离地磁子午面ꎬ与磁子午面成一定的θ角度ꎬ如图２所示ꎮ图２㊀两磁场之间的关系由图２可知㊀ＢＨＢ１＝ｔａｎθ(１)亥姆霍兹线圈公共轴线中心的磁场为ＢＨ＝８５３/２μ０ＮＩＲ(２)式中ꎬμ０＝４πˑ１０－７Ｎ/Ａ２ꎬＮ为线圈的匝数ꎬＩ为流经线圈的电流ꎬＲ为线圈的平均半径ꎬ将(２)代入(１)得Ｉ＝５３/２ＲＢ１８μ０Ｎｔａｎθ＝Ｋｔａｎθ(３)式中ｋ＝５３/２ＲＢ１８μ０Ｎꎬ对于给定了的正切电流计平均半径Ｒ和匝数Ｎ是定值ꎬ同一测量地点的地磁场水平分量Ｂ１也不变ꎬ故Ｋ为常量ꎮ由(３)可知ꎬ正切电流计线圈电流与罗盘偏转角的正切成正比ꎬ若能测出Ｉ与θ的关系ꎬ即可得出常量Ｋꎬ从而测量出地磁场水平分量Ｂ１值ꎮ实验电路如图３所示ꎮ图３㊀实验电路图３㊀实验方案我们以小米Ｍ１８０４Ｃ３ＤＥ手机作为实验对象ꎬ首先ꎬ找出手机的磁场传感器在机身中的位置ꎬ方法是先打开 指南针 功能ꎬ找一用永磁铁磁化后的大头针由远而近靠近手机ꎬ手机 指南针 会显示偏转角度ꎬ变换大头针的位置ꎬ偏转角度大的地方即是磁场传感器在机身中的大致位置ꎬ将其标记出来ꎮ按图３接线ꎬ以手机磁场传感器为准将手机放置在亥姆霍兹线圈轴线中心位置ꎬ构成一台正切电流计ꎻ调节正切电流计底座的底脚螺丝使水准器气泡调至中间位置ꎬ即使手机位于水平位置ꎬ这样线圈平面就基本铅直了ꎮ旋转整个正切电流计装置使线圈平面与手机 指南针 相平行ꎬ即使线圈平面与地磁子午面一致ꎬ并使手机 指南针 的Ｎ极指向 ０ 刻度线ꎬ这样线圈通电后由线圈产生的磁场ＢＨ与地磁水平分量Ｂ１相互垂直ꎮ调节电阻箱的阻值ꎬ改变通入正切电流计的电流值ꎬ从手机 指南针 上读得磁针的偏转角θ１ꎬ通过换向开关使电流换向ꎬ同样在手机 指南针 又可读出θ２ꎮ逐次增加电流值ꎬ可测得一系列的偏转角θ１㊁θ２值ꎮ则偏转角θ＝１２(θ１＋３６０－θ２)ꎮ将测得的电流Ｉ值与偏转角θ值作Ｉ￣ｔａｎθ图ꎮ由图线求出其斜率Ｋ值ꎬ代人式(３)ꎬ即可求得地磁场水平分量为Ｂ１＝８μ０Ｎ５３/２ＲＫ或用最小二乘法ꎬ设ｘ＝ｔａｎθꎬｙ＝Ｉꎬ求其回归系数ｂꎬ然后求得地磁水平分量为Ｂ１＝８μ０Ｎ５３/２Ｒｂ４㊀实验测量结果分析实际电路如图４所示ꎬ亥姆霍兹线圈的平均有效半径１００ｍｍꎬ单个线圈匝数５００匝ꎬ两线圈中心距离１００ｍｍꎮ图４㊀实际电路测量数据如表１所示ꎮ表中θ１㊁θ２分别为线圈励磁电流在正㊁反时的手机指南针偏转角ꎬ偏转角θ＝１２(θ１＋３６０－θ２)ꎮ同时ꎬ注意实验时将易产生磁场的仪器设备(如电流表㊁通电的线圈等)尽可能远离正切电流计以免干扰磁场ꎻ励磁电流在１５ｍＡ以下亥姆霍兹线圈产生的磁场在０.５ＧＳ以下ꎬ与地磁场强度接近ꎬ不会对手机造成损坏ꎬ但不要超过３０ｍＡꎬ以免磁场过强而损坏手机ꎮ表１㊀测量数据次数Ｉ/ｍＡθ１(度)θ２(度)θ(度)ｔａｎθＩ ｔａｎθｔａｎ２θ１２１６３４４１６０.２８６７０.０００６０.０８２２２４２８３３２２８０.５３１７０.００２１０.２８２７３６３８３２２３８０.７８１３０.００４７０.６１０４４８４７３１４４６.５１.０５３８０.００８４１.１１０５５１０５３３０８５２.５１.３０３２０.０１３０１.６９８４６１２５８３０３５７.５１.５６９７０.０１８８２.４６３９平均值０.９２１１０.００７９１.０４１４８４基于智能手机地磁场水平分量的测量用最小二乘法求其回归系数:ｂ＝Ｉ ｔａｎθ－Ｉ ｔａｎθｔａｎ２θ－ｔａｎθ２＝０.００７７７代入公式得:Ｂ１＝８μ０Ｎ５３/２Ｒｂ＝０.３４９(ＧＳ)与成都地区的地磁场水平分量０.３４６ＧＳ进行误差计算ꎬ相对误差为１.０２％ꎮ５㊀结㊀论本作品作为四川省大学生创新创业计划项目ꎬ充分利用了生活中非常普及的智能手机ꎬ其指南针功能的灵敏度高㊁无偏心误差以及读数准确的优点ꎬ减小了实验误差ꎮ同时ꎬ提高了利用生活中的常用工具来解决物理问题㊁激发学生学习兴趣的目的ꎻ通过实验让学生了解亥姆霍兹线圈产生磁场的特点ꎬ利用亥姆霍兹线圈产生的磁场与地磁场的相互作用ꎬ从而求出地磁场的水平分量ꎬ加深学生对所学知识的理解ꎮ参考文献:[１]㊀杨述武.普通物理实验(第五版)[Ｍ].北京:高等教育出版社ꎬ２０１８:１９２￣１９６.[２]㊀程素君.普通物理实验[Ｍ].南京:南京大学出版社ꎬ２０１１:１６￣１７.[３]㊀张开明.地磁场水平分量测量方法的探索[Ｊ].太原师范学院报ꎬ２００７ꎬ６(２):８８￣９１.ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＨｏｒｉｚｏｎｔａｌＣｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆＧｅｏｍａｇｎｅｔｉｃＦｉｅｌｄＢａｓｅｄｏｎＳｍａｒｔＰｈｏｎｅＺＨＡＮＧＲｏｎｇꎬＷＡＮＧＸｉｎｇｙｕꎬＺＨＥＮＧＸｉｎｙｕꎬＨＵＳｈａｎꎬＨＵＡＮＧＱｕａｎｈｕｉ(ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌＧｒａｄｉｅｎｔＭａｔｅｒｉａｌｓＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅꎬＣｈｅｎｇｄｕＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＣｈｅｎｇｄｕ６１１１３０ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＵｓｉｎｇｔｈｅｃｏｍｐａｓｓｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｓｍａｒｔｐｈｏｎｅａｎｄｔｈｅｕｎｉｆｏｒｍｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙＨｅｌｍｈｏｌｔｚｃｏｉｌꎬｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｔｈｅｅａｒｔｈ ｓｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｉｎｃｏｍｍｏｎｐｈｙｓｉｃｓｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｓｒｅｆｏｒｍｅｄ.Ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｈｉｇｈｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙꎬｎｏｅｃｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙｅｒｒｏｒａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｒｅａｄｉｎｇｏｆｔｈｅｃｏｍｐａｓｓｏｆｔｈｅｍｏｂｉｌｅｐｈｏｎｅａｒｅｆｕｌｌｙｕｔｉｌｉｚｅｄꎬａｎｄｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｅｒｒｏｒｉｓｒｅｄｕｃｅｄ.Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅꎬｉｔｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅｏｆｕｓｉｎｇｃｏｍｍｏｎｔｏｏｌｓｉｎｌｉｆｅｔｏｓｏｌｖｅｐｈｙｓｉｃｓｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｓｔｉｍｕｌａｔｅｓｔｕｄｅｎｔｓ ｉｎｔｅｒｅｓｔｉｎｌｅａｒｎｉｎｇ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚｃｏｉｌꎻｃｏｍｐａｓｓꎻｇｅｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ９４基于智能手机地磁场水平分量的测量。
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)。
地磁场测定实验
磁阻传感器的构造示意图
■ 磁阻传感器是由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成的一维磁阻 微电路集成芯片，其坡莫合金膜，如图所示，该薄膜的电阻率 ( )
依赖于磁化强度M和电流I方向的夹角 ，具有以下关系式
地磁场
· 地磁场的数值比较小，约 10-5量级 ·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定地 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
测量方法解释
· 0度时测得电压为
· 180度时测得电压为
·和
应该数值相等符号相反。
· 方法一通过调零抵消 。
· 方法二通过相减抵消 。
地磁场竖直分量B﬩
· 方法1:由于水平分量时已调至 为零，只
需将传感器调至竖直方向(传感器指90度)， 此时即为地磁场竖直分量。
· 方法2:同水平分量测量，将传感器调至90
· 测量地磁场的这三个参量，就可确定某一地点地磁场 矢量的方向和
大小。当然这三个参量的数值随时间不断地在改变，但这一变化极其 缓慢，极为微弱。
磁阻传感器输出电路
利用四个同样的磁阻传感器组成一电桥,由于磁阻传 感器与地磁场夹角的不同,此电桥为不平衡电桥 对于一定的工作电压：磁阻传感器输出电压与外界 磁场的磁感应强度成正比关系
示地磁场的方向和大小：
· 1) 磁偏角 ，地球表面任一点的地磁场矢量所在垂直平面(图中 与Z构
成的平面，称地磁子午面)，与地理子午面(图中X、Z构成的平面)之间 的夹角。
·
2) 磁倾角 ，地磁场矢量 夹角)之间的夹角。
与水平面(即图的矢量
地磁场水平分量
地磁场水平分量地磁场是地球周围的磁场，是由地球内部的电流所产生的。
地磁场是地球与外部环境相互作用的重要组成部分，对于地球的物理、生物和地质过程都起着重要的调控作用。
在地磁场的测量中，地磁场水平分量是其中的一个重要参数。
本文将详细介绍地磁场水平分量的概念、测量方法和应用领域。
概念地磁场水平分量是指地磁场在水平方向（地表面或水平平面上）的分量。
地磁场通常用三个分量来描述，即水平分量、垂直分量和倾角分量。
水平分量指地磁场在水平方向的分量，垂直分量指地磁场在垂直方向（通常是垂直于地表面）的分量，而倾角分量指地磁场与水平方向之间的夹角。
地磁场水平分量的大小和方向与地球上的地理位置和地球内部的磁场分布有关。
地球的磁场并不均匀，其强度和方向在不同地点有所差异。
测量地磁场水平分量可以帮助我们了解地球内部的磁场结构，并用于导航、磁场勘探、地质勘探等领域。
测量方法测量地磁场水平分量的常用方法是使用磁力计。
磁力计是一种能够测量磁场强度和方向的仪器。
磁力计通常由磁场传感器、信号处理器和数据记录器组成。
在测量地磁场水平分量时，将磁力计放置在地面上或水平平面上，使其平面与水平方向垂直，然后记录磁力计测得的水平分量。
目前，磁力计的测量精度已经非常高，可以达到亚纳特（1纳特=10^-9特斯拉）量级。
在实际测量中，还需要对磁力计进行校准，以消除仪器本身的误差。
除了磁力计，地磁场水平分量还可以使用其他测量方法进行测量。
例如，使用磁场测量卫星可以获取大范围的地磁场数据，包括水平分量。
这种方法可以提供全球范围内的地磁场数据，并且具有高精度和高分辨率。
应用领域地磁场水平分量的测量在很多领域都有广泛的应用。
1. 导航地磁场水平分量可以用于导航系统中的方位确定。
通过测量地磁场水平分量，可以判断导航设备的朝向和位置，从而实现导航和定位。
例如，手机中的指南针功能就是基于地磁场水平分量来确定方向的。
2. 地磁场勘探地磁场水平分量的测量可以用于地磁场勘探。
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。
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地磁场水平分量的测量
【摘要】：
地磁场水平分量（horizontal component of geomagnetic field）：地磁场的总磁场强度矢量T在参考坐标系的XOY水平面上的投影，称为地磁场水平分量，通常用符号H表示。
水平分量的数值在赤道附近最大，约为0.03～0.04mT，由赤道向两极数值逐渐减小，两极为零。
地球上除高纬度地区以外，大部分地区地磁场水平分量是大致指北的，这个方向称为磁北。
中国由南到北，水平分量逐渐减小，约从0.04到0.02mT。
【关键词】：
地磁场水平分量、亥姆霍兹线圈、正切电流
【引言】：
地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分。
基本磁场
是地磁场的主要部分，起源于地球内部，比较稳定，属于
静磁场部分。
变化磁场包括地磁场的各种短期变化，主要
起源于地球内部，相对比较微弱。
地球变化磁场可分为平
静变化和干扰变化两大类型。
行军、航海利用地磁场对指
南针的作用来定向。
人们还可以根据地磁场在地面上分布
的特征寻找矿藏。
地磁场的变化能影响无线电波的传播。
当地磁场受到太阳黑子活动而发生强烈扰动时，远距离通
讯将受到严重影响，甚至中断。
假如没有地磁场，从太阳发出的强大的带电粒子流（通常叫太阳风），就不会受到地磁场的作用发生偏转而直射地球。
在这种高能粒子的轰击下，地球的大气成份可能不是现在的样子，生命将无法存在。
所以地磁场这顶“保护伞”对我们来说至关重要。
地磁场强度大约是0.5-0.6高斯，也就是5-6*E-5特斯拉（50-60μT）。
【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
【实验原理】：
亥姆霍兹线圈（Helmholtz coil）是一
种制造小范围区域均匀磁场的器件。
由于亥
姆霍兹线圈具有开敞性质，很容易地可以将
其它仪器置入或移出，也可以直接做视觉观
察，所以，是物理实验常使用的器件。
因德
国物理学者赫尔曼·冯·亥姆霍兹而命名。
亥姆霍兹线圈是由一对完全相同的圆形导体线圈组成。
采用直角坐标系，这两个半径为的圆形线圈的中心轴都与z-轴同轴。
两个圆形线圈的z-坐标分别为O与每一个导体线圈载有同向电流。
设定可以使得在两个线圈中心位置O（即原点）的磁场，其不均匀程度极小化。
这动作促使，也意味着领先的非零微分项目是，稍后会对这论点做更详细解释。
但是，这样做仍旧会在线圈平面跟z-轴相交处与O点之间遗留大约 7% 磁场数值的差别。
在某些应用中，亥姆霍兹线圈可以用来抵消地磁场，制造出接近零磁场的区域。
关于在空间任意位置的精确磁场计算，需要应用到贝索函数或椭圆函数与其相关技巧。
沿着线圈的中心轴（z-轴），涉及到的计算比较简单，可以应用泰勒展开，将磁场展开为的幂级数。
采用直角坐标系，以亥姆霍兹线圈的中心位置为z-轴的原点O。
由于对于xy-平面的对称性，奇数幂项目必等于零。
经过调整两个线圈之间的距离，可以使得O点成为拐点，则可以保证级项目为零，因此领先不均匀项目是级项目。
在中心位置O点，磁场为：
---------------------------------------------------（1）
其中，=4π×10^-7 H/m 是磁常数。
地磁场水平分量B2
所以B2=B1/tanα------------------------------------------------------------------------（2）B1由（1）式算出。
【实验仪器】：
亥姆霍兹线圈、指南针、电流表、滑动变阻器、直流稳压电源、导线若干【实验内容】：
1.连接电路，调整好指南针位置，接通电源，记录指针初始位置；
2.调整滑动变阻器，指针发生偏转，记录偏转角度Δα，电流表示数I，并由（1）（2）式计算地磁场水平分量B2，其中R=10cm，是磁常数，n=700匝。
3.重复测量几次，计算B2平均值。
【数据处理】：
【结论】：
本地区地磁场水平分量约为0.0352mT。
【误差分析】：
1.实验室中部分仪器内有永磁体，对测量有影响
2.实验室中存在基底磁场
3.电流及指南针偏转角度测量不精准
4.温度等
【参考文献】：
1.《大学物理实验教程》[科学出版社2009年8月第一版]
2.百度百科等。