地磁场测量 俞鲁宁201111141076.docx

地磁场测量俞鲁宁（学号201111141076，北京师范大学物理系，北京100875）指导老师：罗莹【摘要】本实验用传感器法和振动法分别测量地磁场的大小。【关键词】PASCO接口；磁场水平分量；磁场竖直分量；简谐振动【实验仪器】PASCO接口，计算机，小磁针，零高斯室，可调角度钳，角度指示器，万能桌钳，45cm不锈钢杆，螺线管，小磁体，氦氖机关器，直流稳压电源，滑线变阻器，电流表，秒表等。【实验原理】地理北极实际上是地磁南极，总磁场方向和水平方向有一个夹角，cos=B水平/B总传感器法：本实验的目的是测量地磁场的大小和方向，使用的仪器是安装在旋转运动传感器上的磁场传感器，旋转磁场传感器在测量地磁场的方向变化，使用DataStudio软件来测量并显示磁场的强度和方向。振动法：螺线管轴线与地磁场平行，小磁棒通过细线悬挂在螺线管内，小磁棒轴线与螺线管轴线重合，并可绕竖直轴摆动。消磁棒一端有一平面反光镜，通过观测由该反射镜反射回来的激光光点可确定小磁棒的震动周期。设地磁场水平分量为Be，螺线管磁场为Bs，小磁棒磁矩为M，转动惯量J，小磁棒在小角度摆动时，它受到的此磁场和螺线管共同作用的力矩表示为L=-M(Be+Bs)小磁棒运动方程：d2Jd2dt2=-M(Be+Bs) 令w2=M(Be+Bs)/J运动方程可写成：d2dt2+ w2=0 由知，小磁棒做简谐振动，因为w=2pi/T,代入中得1/T2=M Be/4pi2J+M Bs/4pi2J 令M=M/4pi2J, 可写为1/T2=G Be +G Bs为直线方程，截距a= G Be，斜率b=G，螺线管磁场Bs=0nI。实验中通过改变电流来改变螺线管磁场，测量不同的周期，利用最小二乘法确定截距和斜率，则磁场的水平分量为Be=a/b【实验步骤】传感器法：1. 安装仪器及PASCO接口，在电脑上启动DataStudio，固定传感器。2. 调节磁场传感器水平，滑动零高斯室至磁场传感器顶部，按下磁场传感器顶部的“去皮键”，保证不会超过量程。3. 按下“start”，稳定缓慢旋转磁场传感器，确保旋转正角方向，转360度后软件自动停止计数。这样就得到磁场水平分量。4. 调节磁场传感器至竖直平面，重复以上步骤，记录数据，得到总磁场。振动法：1. 连接线路，设置电流表量程为750mA。2. 改变电流大小，并用秒表分别测小磁棒的震动周期，记录电路和周期数值，取7个点。3. 改变量程为300 mA和150 mA，重复以上步骤。4. 计算出Bs和1/T2，用软件拟合直线，求出Be，公式见实验原理部分。【实验数据及处理】传感器法：水平磁场图像总磁场图像数值记录利用Datastudio读取图上点的数值精确度很低，现在对图像进行重新估读最大最小振幅总（*100高斯）（276.0,0.5）（99.0，-0.5）0.950水平（*100高斯）（123.0,0.3）（310.0，-0.3）0.581磁场俯角计算：=cos-1(B水平/B总)= cos-1（0.581/0.950）=52.30。结论：实验结论：地磁场水平分量大小为0.581*100高斯，竖直分量大小为0.950*100高斯，磁场俯角为52.30度。误差分析：（1）转动仪器速度不均匀或者过快。（2）仪器没有完全调整至水平或竖直状态。（3）周围物体如金属物件，手机等对磁场产生干扰。（4）读数存在误差振动法：量程150mAI/mA8090100110120130140Bs8.34407E-059.39E-050.0001040.0001150.0001250.0001360.00014650T/s48.1846.0444.1642.6440.8939.6738.531/T21.0769769721.1794221.2819821.3750091.4952221.5886041.684量程300mAI/mA160180200220240260280Bs0.0001670.0001880.0002090.0002290.000250.0002710.00029250T/s36.6534.833.1431.6930.6629.5428.261/T21.8611962.0643412.2763292.4894052.6594742.8649633.13037量程750mAI/mA400450500550600650700Bs0.0004170.0004690.0005220.0005740.0006260.0006780.0007350T/s24.2223.1821.8720.7919.9519.4118.431/T24.2617874.6527875.2268795.7840376.2813686.6357347.360195量程150mA量程300mA量程750mA原始数据B1=a1/b1=2.6853e-5TB2=a2/b2=2.0431e-5TB3=a3/b3=1.2169e-5TB平均 =( B1+ B2+ B3)/3=1.9818e