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地球磁場的測量
地球磁場的測量
【實驗目的】
1. 利用旋轉感應線圈測量地磁場。
2. 掌握Cassy Leb計算機測量和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的原理和使用方法。
【實驗原理】
感應線圈在地磁場中繞直徑旋轉，通過線圈的磁通為：
σ(t)=N?π?R2?第一文庫網(wǎng)?(t) 式中N為感應線圈的匝數(shù)，R為半徑，n(t)是旋轉環(huán)的法向矢量。如果角速度ω 為常數(shù)，通過感應線圈的磁通為
Φ(t)= N?π?R?B⊥?cos(ωt)
其中，ω 為角速度，B┴是地磁場垂直于旋轉軸的有效磁場，產生的感應電壓為：
2U=N?π?R?B⊥?ω
測量幾個不同方向旋轉軸相應的有效磁場就可計算地磁場的大小和在實驗室坐標系中的方位角。
2
圖（1）地磁場測量實驗裝置
【供選擇的研究課題】
1. 垂直于旋轉軸的地磁場有效分量的測量。
2. 地磁場大小和在實驗室坐標系中方位角的測量。
【實驗儀器】
旋轉感應線圈，編號55506；實驗馬達，編號34735；實驗馬達控制器，編號34736；Cassy計算機測量和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
【實驗提示】
1. 閱讀實驗指導書或參考實驗報告，了解實驗一般要求和實驗的基本過程。
2. 閱讀實驗有關儀器的使用說明書。
3. 閱讀Cassy Leb計算機測量和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)使用說明書。更詳細的使用方法參考聯(lián)
機文檔。
4. 打開計算機，在C:\Data文件夾打開已有的實驗文件，了解實驗參數(shù)設置的數(shù)量級和實驗數(shù)據(jù)顯示的特點。
5. 在C:\StuData文件夾建立本組學生私用文件夾（以學號命名）。在實驗過程中所有實驗文件都應都存入該文件夾。在學生私用文件夾中建立一個以學生姓名命名的文本文件，用以記錄實驗有關信息。
6. 點擊CassyLeb圖標，打開應用程序，選擇Cassy標簽，選擇μvbox 圖標選±3mv。
圖（2）實驗參數(shù)設置示意圖
7. 完成研究課題（1），在安裝好測量裝置，設置實驗測量參數(shù)后經(jīng)老師許可完成實驗。將文檔命名為試驗文檔編號存入私用文件夾，并將實驗中有關情況記錄在實驗備注文件中。拷貝實驗數(shù)據(jù)（表格和圖形），編號存入私用文件夾。
8. 選擇供選用的研究課題，或提出自己的研究課題完成實驗，把有關文檔編號存入私用文件夾，把實驗情況記入備注文件。
9. 拷貝私用文件夾中有關文檔，選擇合適的數(shù)據(jù)處理方法，完成實驗報告。
10. 在測量第三個方向有效磁場時要重新安裝旋轉馬達和線圈。具體方法參看實驗指導書。
【實驗注意事項】
1. 實驗操作前應仔細閱讀有關說明書，了解各種儀器的使用方法。
2. 實驗中二位同學應注意相互配合，防止連接導線纏繞過緊。
3. 轉動線圈時應先將電壓控制開關移到零位，設置好方向再旋轉電壓開關逐漸增大電壓。實驗完成后要復位。
4. 注意安全。實驗時身體應離開旋轉部件至少30厘米以上。
5. 拷貝實驗數(shù)據(jù)的軟盤，實驗前交給老師統(tǒng)一進行格式化。
【討論思考題】
1. 實驗測得的是地磁場在實驗室參考系中的方位角。試提出將它轉化到標準方位角的實驗方案。
2. 最少應測出幾個不同指向旋轉軸有關的有效地磁場分量才能確定地磁場？請作出詳細分析。
3. 分析實驗數(shù)據(jù)顯示圖中在線圈旋轉初始階段和結束階段產生異常峰值的原因。
4. 說明μVbox設置方法，分析Cassy-s傳感器組件，CassyLeb軟件和傳感器之間的
關系。
5. 說明計算機測量和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點。
6. 對實驗中出現(xiàn)的各種問題必須進行分析并作出結論。有可能的話作出簡單的數(shù)量級估算和進行實驗驗證。看一看自己的判斷是否正確。
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