地磁場(chǎng)水平分量的測(cè)量解讀

1、實(shí)驗(yàn)二十九地磁場(chǎng)水平分量的測(cè)量實(shí)驗(yàn)二十九地磁場(chǎng)水平分量的測(cè)量1、教學(xué)目標(biāo)（1）學(xué)習(xí)測(cè)量地磁場(chǎng)水平分量的方法；（2）了解正切電流計(jì)的原理；（3）學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)誤差的方法2、教學(xué)難點(diǎn)、重點(diǎn)難點(diǎn)：地磁場(chǎng)的相關(guān)概念；正切電流計(jì)的原理。重點(diǎn)：測(cè)量方法和測(cè)量公式。3、實(shí)驗(yàn)室提供的儀器和用具亥姆霍茲線圈（N=640匝，R=10cm），地質(zhì)羅盤（DL-I型），直流穩(wěn)壓電源（DF173系列），電阻箱（ZX21 型），直流電流表（0.5級(jí)，10Ma），換向開關(guān)，水準(zhǔn)器。4、實(shí)驗(yàn)原理4.1地磁場(chǎng)與地磁要素地球是一個(gè)大磁體，地球本身及其周圍空間存著磁場(chǎng)叫做“地球磁場(chǎng)”又稱地磁場(chǎng)，其主要部分是 一個(gè)偶極場(chǎng)。地心偶極子軸線

2、與地球表面的兩個(gè)交點(diǎn)稱為地磁極，地磁的南（北）極實(shí)際上是地心磁偶極 子的北（南）極，如圖1。地心磁偶極子的磁軸NmSm與地球的旋轉(zhuǎn)軸NS斜交一個(gè)角度0Q,e0 w 11.5。圖1所以地磁極與地理極相近但不 相同，地球磁場(chǎng)的強(qiáng)度和方向隨 地點(diǎn)、時(shí)間而發(fā)生變化。地球表面任何一點(diǎn)的地磁 場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量B具有一定 的大小和方向。在地理直角坐標(biāo) 系中如圖2所示。O點(diǎn)表示測(cè)量 點(diǎn)，x軸指向北，即為地理子午 線（經(jīng)線）的方向；y軸指向東， 即為地理緯線方向；z軸垂直于 地平面而指向地下。XOy代表地 平面。B在xOy平面上的投影B/ 稱為水平分量，水平分量所指的 方向就是磁針北極所指的方向，即磁子午線的

3、方向；水平分量偏離地理真北極的角度D稱為磁偏角，也就 是磁子午線與地理子午線的夾角。由地理子午線起算，磁偏角東為正，西偏為負(fù)。B偏離水平面的角度I 稱為磁傾角。在北半球的大部分地區(qū)磁針的N極下傾，而在南半球，則磁針的N極向上仰，規(guī)定N極下傾圖2為正，上仰為負(fù)。B的水平分量B/在x、y軸上的投影，分別稱為北向分量Bx 和東向分量By ； B在Z軸上的投影B稱為垂直分量。故某一地點(diǎn)O的地 磁要素有：地磁場(chǎng)總磁感應(yīng)強(qiáng)度B，磁傾角I，磁偏角D, 水平分量B/ ,垂直分量B，北向分量Bx，東向分量By。不難看出，它們是B在各個(gè)坐標(biāo)體系中的坐標(biāo)值，比如Bx,By,B就是實(shí)驗(yàn)二十九地磁場(chǎng)水平分量的測(cè)量B在直

4、角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，而B ,B，D和D、B、I則分別是B在柱面坐標(biāo)系和球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值， 這三種坐標(biāo)體系是彼此獨(dú)立的，在它們之間，存在著如下的變換關(guān)系：B = B/ - cos D, B = B/ - sin D, B = B/ tgl, B2 = B氣 + B2y, B2 = B2 + B2,B（1）B = B - sec I = B - esc I ； tgD =甘x如果知道其中獨(dú)立的三個(gè)，其它四個(gè)就可以計(jì)算出來。確定某一點(diǎn)的地磁場(chǎng)通常用磁偏角，磁傾角和水平分量B/三個(gè)獨(dú)立要素。4.2利用正切電流計(jì)算原理，測(cè)定地磁場(chǎng)的水平分量B我們利用亥姆霍茲線圈制成一臺(tái)正切電流計(jì)，亥姆霍茲 線圈是一對(duì)

5、相同的圓形線圈，彼此平行而且共軸，兩線圈 平行放置，繞行方向一致，相互串聯(lián)，其線圈的間距等于 線圈的半徑。在中心點(diǎn)附近較大范圍內(nèi)的磁場(chǎng)是相當(dāng)均勻的，亥姆霍茲圖3線圈在低磁場(chǎng)情況下既做磁化線圈，產(chǎn)生給定的磁場(chǎng)，又可做為弱磁場(chǎng)的計(jì)量基準(zhǔn)，在較大的空間范圍內(nèi)，由于空間場(chǎng)的不均勻性引起的誤差是很小的。在亥姆霍茲線公共軸線的中點(diǎn)處，水平放置一羅盤，即構(gòu)成了正切電流計(jì)，如圖3示。在通電前，先將線圈平面與羅盤指針相平行，即線圈平面與地磁子午面一致。然后在線圈中通以直流 電亥姆霍茲線圈產(chǎn)生的B必和地磁場(chǎng)的水平分量B/相垂直，羅盤之中的磁針就在B、B/兩磁場(chǎng)所圖4產(chǎn)生的磁力矩同時(shí)作用下偏離地磁子午面，與磁子午面

6、成一定的角度。，如 圖4所示。（2）B由圖可知奇一 =tgB亥姆霍茲線中點(diǎn)的磁場(chǎng)為.三（3）/式中：N為線圈的匝數(shù)，R為線圈的平均半徑，I為流經(jīng)線圈的電流強(qiáng)度，叩=4nx 10-7N/ A2將（29-2）式代入式得B/（4）8叩 NI , = 53/2 Rtg。實(shí)驗(yàn)二十九地磁場(chǎng)水平分量的測(cè)量,53/2 RB即7=飛詞寸對(duì)=涎(5).53/2 RB式中K = 8叩N。對(duì)于同一個(gè)測(cè)量地點(diǎn)和給定的正切電流計(jì)，B，R和N均為不變值，故K為一常量。由（5）式可知，流過電流計(jì)的電流強(qiáng)度與磁針偏轉(zhuǎn)角0的正切成正比。因此這種電流計(jì)稱為正切電 流計(jì)。若能測(cè)得流過正切電流計(jì)的電流I，與羅盤指針的偏轉(zhuǎn)角。，即能測(cè)得地磁的水平分量B值。5、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：利用自制的正切電流計(jì)測(cè)量地磁場(chǎng)的水平分量。6、實(shí)驗(yàn)電路和測(cè)