宅家实验 地磁场的测量.ppt

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1、实验6地磁场的测量一、实验目的了解地球磁场及其分布特点了解磁力计的工作原理学习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)。随着地理位置的不同，通常地磁场的强度是0.4-0.6Gauss。需要注意的是，磁北极和地理上的北极并不

2、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。图2地磁场矢量分解示意图2、磁力计基本工作原理磁力计采用各向异性磁致电阻材料来检测空间中磁感应强度的大小。这种具有晶体结构的合金材料对外界的磁场很敏感，磁场的强弱变化会导致AMR自身电阻值发生变化。磁力计的基本原理就是通过合适的电路(惠斯通电桥)，将磁场的改变量以电压的形式表示出来。图3AMR材

3、料示意图3、利用手机phyphox软件测量地磁场如图2可知，地球表面磁场总可以分解为与地面平行的分量、与地面垂直的分量。只要要测得这两个磁场分量，就可以算出磁场的绝对值以及磁场与地面的夹角。手机phyphox软件的磁力计功能可以测得磁场在X、Y、Z三个方向的磁场大小，需先确定X、Y和Z分别对应手机的哪个方向。通常垂直手机平面方向为Z，沿手机短边方向为X，长边方向为Y，实验前先确定一下是否符合。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

4、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图5测地磁场水平分量3）计算磁感应强度大小及磁倾角由测得的水平分量和垂直分量计算磁感应强度大小和磁倾角图10地磁场水平分量及垂直分量的测量四、实验内容及步骤1、选择两个不同地点A、B(注意远离其它磁场和磁体)，A、B两地距离至少相距1km以上。测量两地的磁感应强度，具体步骤如下：1）将手机水平放置（操作方法为：打开手机的phyphox软件，找到“倾角”测量，实测你手机竖轴的倾斜角度，如果在1度范围内，视为合格，截图放入实验报告中

5、）。2）测水平分量：将手机绕竖直轴在水平面内匀速、缓慢旋转两周，得到X、Y方向磁场变化曲线，截屏作为原始实验数据，并导出数据至excel，读取峰值和谷值。3）测量垂直分量：将手机沿“南北”方向水平放置，并沿Y或X轴方向缓慢、匀速旋转两周，得到X、Z或Y、Z方向的磁场变化曲线，截屏作为原始实验数据，并导出数据至excel，读取峰值和谷值。3）记录测量地的经纬度数据。4）数据填入表1，计算磁场绝对值以及磁倾角的大小。2、同一地点A，重复测量3次磁感应强度，测量方法见步骤1，数据填入表2.3、利用微信小程序“罗盘指南针”，测量A地地磁南北极和地理南北极之间的夹角ϕ

6、，并说明测量感受。水平分量B//max水平分量B//min垂直分量B⊥max垂直分量B⊥minBA(uT)BB(uT)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:）水平分量B//max水平分量B//min垂直分量B⊥max垂直分量B⊥minB1(uT)B2(uT)B3(uT)表2（测量地经纬度：A______）2.数据处理及分析磁感应强度水平方向分量B//=（B//max-B//min）/2，磁感应强度垂直方向分量B⊥=（B

7、⊥max-B⊥min）/2，磁倾角θ=arctan(B⊥/B//)地理南北极与地磁南北极夹角。六．思考题1、简述地磁场对人类有什么作用。2、测量水平分量时Z轴磁力计和测量垂直分量时的Y轴磁力计的值的变化原因有哪些？地磁北极的位置移动示意图绕z轴旋转绕y轴旋转