地球磁场的测量
地球磁场的测量
【实验目的】
1. 利用旋转感应线圈测量地磁场。
2. 掌握Cassy Leb计算机测量和数据处理系统的原理和使用方法。
【实验原理】
感应线圈在地磁场中绕直径旋转，通过线圈的磁通为：
σ(t)=N⋅π⋅R2⋅⋅(t) 式中N为感应线圈的匝数，R为半径，n(t)是旋转环的法向矢量。如果角速度ω 为常数，通过感应线圈的磁通为
Φ(t)= N⋅π⋅R⋅B⊥⋅cos(ωt)
其中，ω 为角速度，B┴是地磁场垂直于旋转轴的有效磁场，产生的感应电压为：
2U=N⋅π⋅R⋅B⊥⋅ω
测量几个不同方向旋转轴相应的有效磁场就可计算地磁场的大小和在实验室坐标系中的方位角。
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图（1）地磁场测量实验装置
【供选择的研究课题】
1. 垂直于旋转轴的地磁场有效分量的测量。
2. 地磁场大小和在实验室坐标系中方位角的测量。
【实验仪器】
旋转感应线圈，编号55506；实验马达，编号34735；实验马达控制器，编号34736；Cassy计算机测量和数据处理系统。
【实验提示】
1. 阅读实验指导书或参考实验报告，了解实验一般要求和实验的基本过程。
2. 阅读实验有关仪器的使用说明书。
3. 阅读Cassy Leb计算机测量和数据处理系统使用说明书。更详细的使用方法参考联
机文档。
4. 打开计算机，在C:\Data文件夹打开已有的实验文件，了解实验参数设置的数量级和实验数据显示的特点。
5. 在C:\StuData文件夹建立本组学生私用文件夹（以学号命名）。在实验过程中所有实验文件都应都存入该文件夹。在学生私用文件夹中建立一个以学生姓名命名的文本文件，用以记录实验有关信息。
6. 点击CassyLeb图标，打开应用程序，选择Cassy标签，选择μvbox 图标选±3mv。
图（2）实验参数设置示意图
7. 完成研究课题（1），在安装好测量装置，设置实验测量参数后经老师许可完成实验。将文档命名为试验文档编号存入私用文件夹，并将实验中有关情况记录在实验备注文件中。拷贝实验数据（表格和图形），编号存入私用文件夹。
8. 选择供选用的研究课题，或提出自己的研究课题完成实验，把有关文档编号存入私用文件夹，把实验情况记入备注文件。
9. 拷贝私用文件夹中有关文档，选择合适的数据处理方法，完成实验报告。
10. 在测量第三个方向有效磁场时要重新安装旋转马达和线圈。具体方法参看实验指导书。
【实验注意事项】
1. 实验操作前应仔细阅读有关说明书，了解各种仪器的使用方法。
2. 实验中二位同学应注意相互配合，防止连接导线缠绕过紧。
3. 转动线圈时应先将电压控制开关移到零位，设置好方向再旋转电压开关逐渐增大电压。实验完成后要复位。
4. 注意安全。实验时身体应离开旋转部件至少30厘米以上。
5. 拷贝实验数据的软盘，实验前交给老师统一进行格式化。
【讨论思考题】
1. 实验测得的是地磁场在实验室参考系中的方位角。试提出将它转化到标准方位角的实验方案。
2. 最少应测出几个不同指向旋转轴有关的有效地磁场分量才能确定地磁场？请作出详细分析。
3. 分析实验数据显示图中在线圈旋转初始阶段和结束阶段产生异常峰值的原因。
4. 说明μVbox设置方法，分析Cassy-s传感器组件，CassyLeb软件和传感器之间的
关系。
5. 说明计算机测量和数据处理系统的优缺点。
6. 对实验中出现的各种问题必须进行分析并作出结论。有可能的话作出简单的数量级估算和进行实验验证。看一看自己的判断是否正确。