地磁场水平分量的测量实验

1、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。的地磁要素有：地磁场总磁感应强度B,磁倾角I, 磁偏角D,水平分量与，垂直分量以，北向分量纥，东向分量外。确定某一点的地磁场通常用磁偏角，磁倾角和水平分量为三个独立要素。利用正切电流计算原理，测定地磁场的水平分量必8"0 7V地磁场水平分量为：0 =3_ * b52尺【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），

2、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lo地心磁偶极子的磁轴MW“与地球 的旋转轴NS斜交一个角度纥0-11.5"。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。点表示测量点，X轴指向北，即为地理子午线（经线

3、）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。在北半球的图2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，分别称为北向分量纥和东向分量B、,； B在Z轴上的投影从称为垂直分量。故某一地点OT4的地磁要素有：地磁场总磁感应强度B,

4、磁倾角I, 磁偏角D,水平分量B“，垂直分量8：,北向分 量为，东向分量不难看出，它们是B在各个坐标体系中的坐标值，比如纥.冬,冬就是B在直 角坐标系中的坐标值，而4,8,D和D、8、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：纥=B厂 cos。，B、= sin D, B：=%吆/, M = B2X + 82 V, B2 = M(1)BB = B/f - sec/ = B: - esc/ ; igD =-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，磁倾角和水平分量为三个独立要素。利用正切电流计

5、算原理，测定地磁场的水平分量当径。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而一致。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当相垂直，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0 ,如图4所示。由 图 可 知(2)亥姆霍兹线中点的磁场

6、为人片.券(3)式中：N为线圈的匝数，及为线圈的平均半径，I为流经线圈的电流强度,4。=4rlxlO,N/T将（29-2）式彳弋入（1）式得8 =丝旦（4）53/2 RtgeG|J / = = KtgO（5 ）式中K;二也。对于同一个测量地点和给定的正切电流计，州,后叭均为不变值，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。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（），即能测得地磁的水平分量诙值。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，这会图5使罗盘位于水平位置，这样线圈平面就铅直

7、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Bg与地磁水平分量Br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6,为了消除罗盘磁针偏心误差，需从罗盘商读的两个读数4， 名，通过调节接线使电流换向，同样在罗盘上又可读“、口,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 q、&、仇、0, 4 个读数。4 .测得一系列的偏转角8值。作ltane图，由图线求出斜率b值，代入tan。,5? RB,i =8°N即可求得地磁场水平分量为8UqN ,£?55 A5 .实验结果N=700 匝R=95 mm电流(mA)12345101520盘转角 罗偏角正13263846486672771425374547677176反13253644516975791224364449687478平均角度132573tan。由图线得斜率b二8u