大地电磁实验课

实验报告课程名称：地电学课题名称：大地电磁层状模型数值模拟实验专业：地球物理学姓名：xx班级：06xxxx完成日期：2016 年11月26日目录一、实验名称 (3)二、实验目的 (3)三、实验要求 (3)四、实验原理 (3)五、实验题目 (4)六、实验步骤 (4)七、实验整体流程图 (8)八、程序及运行结果 (9)九、实验结果分析及体会 (14)一、实验名称大地电磁层状模型数值模拟实验二、实验目的（1）学习使用Matlab编程，并设计大地电磁层状模型一层，二层，三层正演程序（2）在设计正演程序的基础上实现编程模拟（3）MATLAB软件基本操作和演示.三、实验要求（1）利用MT一维测深法及其相关公式，计算地面上的pc视电阻率和ph相位，绘制视电阻率正演曲线和相位曲线并分析。

（2）利用Matlab软件作为来实现该实验。

四、实验原理（一）、正演的概念：正演是反演的前提。

在实际地球物理勘探中，一些模型的参数是不容易确定的，如埋藏在地下的地质体模型的岩性、厚度、产状等参数，我们把这些描述未知模型的参数的集合定义为“模型空间”。

为了获得这些模型参数，可以利用那些可以直接观测的量来推测，而这些能够直接观测的量的集合则被称作“数据空间”。

如果把模型空间中的一个点定义为m，把数据空间中的一个点定义为d，按照物理定律，可以把两者的关系写成式中，G为模型空间到数据空间的一个映射。

我们把给定模型m求解数据d的过程称为正演问题。

（二）、MT一维正演模型简介大地电磁法作为一种电磁类勘探方法，它的模型参数为一组能够表征地球物理勘探目标体的电性参数，即目标体电阻率和相应层的层厚度。

所谓一维模型，即介质在三维空间中沿两个方向上模型参数是不变的，只在另一个方向上特征属性会变化。

在此一维模型即指水平层状一维介质，即介质只在沿垂直于地面上的方向上电性（电阻率）变化，在另外两个方向上保持不变的典型特征，所以就构成一组电阻率不同的电性层，抽象出来即是一组由电阻率及对应的层厚度构成的电性层数。

实验报告课程名称：地电学课题名称：大地电磁层状模型数值模拟实验专业：地球物理学姓名：xx班级：06xxxx完成日期：2016 年11月26日目录一、实验名称 (3)二、实验目的 (3)三、实验要求 (3)四、实验原理 (3)五、实验题目 (4)六、实验步骤 (4)七、实验整体流程图 (8)八、程序及运行结果 (9)九、实验结果分析及体会 (14)一、实验名称大地电磁层状模型数值模拟实验二、实验目的（1）学习使用Matlab编程，并设计大地电磁层状模型一层，二层，三层正演程序（2）在设计正演程序的基础上实现编程模拟（3）MATLAB软件基本操作和演示.三、实验要求（1）利用MT一维测深法及其相关公式，计算地面上的pc视电阻率和ph相位，绘制视电阻率正演曲线和相位曲线并分析。

（2）利用Matlab软件作为来实现该实验。

四、实验原理（一）、正演的概念：正演是反演的前提。

在实际地球物理勘探中，一些模型的参数是不容易确定的，如埋藏在地下的地质体模型的岩性、厚度、产状等参数，我们把这些描述未知模型的参数的集合定义为“模型空间”。

为了获得这些模型参数，可以利用那些可以直接观测的量来推测，而这些能够直接观测的量的集合则被称作“数据空间”。

如果把模型空间中的一个点定义为m，把数据空间中的一个点定义为d，按照物理定律，可以把两者的关系写成式中，G为模型空间到数据空间的一个映射。

我们把给定模型m求解数据d的过程称为正演问题。

（二）、MT一维正演模型简介大地电磁法作为一种电磁类勘探方法，它的模型参数为一组能够表征地球物理勘探目标体的电性参数，即目标体电阻率和相应层的层厚度。

所谓一维模型，即介质在三维空间中沿两个方向上模型参数是不变的，只在另一个方向上特征属性会变化。

在此一维模型即指水平层状一维介质，即介质只在沿垂直于地面上的方向上电性（电阻率）变化，在另外两个方向上保持不变的典型特征，所以就构成一组电阻率不同的电性层，抽象出来即是一组由电阻率及对应的层厚度构成的电性层数。

电磁场理论实验指导书叶明钟顺时施燕晨上海大学通信与信息工程学院2013-01-19注意事项一、实验前应完成各项预习任务。

二、实验内容含基础性验证实验和设计性实验。

三、开启仪器前先熟悉实验仪器的使用方法。

四、实验过程中应仔细观察实验现象，认真做好实验结果记录。

五、培养踏实、严谨、实事求是的科学作风。

自主完成实验和报告。

六、爱护公共财产，当发生仪器设备损坏时，必须认真检查原因并按规定处理。

七、保持实验室内安静、整洁和良好的秩序，实验后应切断所用仪器的电源,并将仪器整理好。

协助保持实验室清洁卫生, 带出自己所产生的赃物。

八、不迟到，不早退，不无故缺席。

按时交实验报告。

九、实验报告中应包括：1、实验名称。

2、实验目的。

3、实验内容、步骤，实验数据记录和处理。

4、实验中实际使用的仪器型号、数量等。

5、实验结果与讨论，并得出结论，也可提出存在问题。

6、思考题。

实验内容目录（具体实验内容按指导教师安排）1．实验一电磁波的反射与折射2．实验二电磁波辐射能量的分布和电磁波的极化3．实验三电磁波检测天线的设计制作与测试4．实验四电磁波传播特性实验基础性实验目的：学生通过实验观测加深对电磁场理论课中所述现象和结论的理解, 从而有助于对课程相关知识点的掌握。

实验一 电磁波的反射与折射1. 实验目的1、研究电磁波在良导体表面上的反射。

2、研究电磁波在理想介质表面上的反射与折射。

3、研究电磁波无反射的条件。

2. 实验原理1). 均匀平面电磁波斜入射到两种不同媒质分界面上的反射与折射当平面电磁波以入射角1θ斜入射于媒质分界面上时，一般既有反射又有折射。

今以平行极化波为例，如图1-1所示。

图 1-1 平行极化波的斜入射 图1-2 平面波对平面夹层的垂直入射入射场为：)cos sin (1)cos sin (011111111ˆ)sin ˆcos ˆ(θθθθηθθz x jk i z x jk i e E ye E z x+-+-=-=i i H E反射场为：)cos sin (1)cos sin (0'1'1'1'11'1'11ˆ)sin ˆcos ˆ(θθθθηθθz x jk r z x jk r e E ye E z x +---=+-=r r H E折射场为：)cos sin (220)cos sin (2022222222ˆ)sin ˆcos ˆ(θθθθηθθz x jk z x jk eE ye E z x +-+-=-=22H E各场量的关系可利用边界条件确定。

地球磁场课堂实录地球磁场是地球上一种复杂而神秘的自然现象，它对地球和人类的生存环境有着重要的影响。

为了更好地了解地球磁场的形成、变化以及其在生活中的应用，我们在物理课上进行了一次关于地球磁场的课堂实录。

实验目的：了解地球磁场的形成和性质，探究其在导航、环境保护和科学研究等方面的应用。

实验器材：磁力计、地磁仪、指南针、地图等。

实验时间：2019年11月15日上午9:00-10:00实验过程：1. 导师首先向同学们介绍了地球磁场的概念和形成原理。

地球磁场是由地球内部液态铁的对流形成的，地球的外核是一个巨大的电流环，由地球自身的自转产生的旋转电流形成了地球的磁场。

2. 同学们手持指南针，导师示范如何判断指南针的指向。

通过观察指南针在不同位置的方向变化，我们可以推测地球磁场的方向。

3. 导师引导同学们利用磁力计测量地球磁场的强度和方向。

磁力计是一种测量磁场强度的仪器，通过在不同位置进行测量并比较结果，可以了解到不同位置地球磁场的变化。

4. 实验还包括测量地磁仪的使用。

地磁仪是一种专门测量地球磁场的仪器，通过在不同地点测量地磁仪的指示值，可以了解到地球磁场的强度和方向。

实验结果：通过实验测量和观察，我们得到了以下实验结果：1. 地球磁场大致指向地理北极，并在不同地点有细微的变化。

2. 地球磁场的强度在不同地点会有些许差异，且在赤道附近较弱，在极地附近较强。

实验讨论：同学们在实验过程中进行了讨论，一起思考了地球磁场的原因和应用。

1. 怎样解释地球磁场的形成原理？同学A认为地球的自转产生的旋转电流形成了地球的磁场。

同学B则提出了更详细的解释，称地球内部的液态铁的对流形成了地球磁场。

2. 地球磁场有什么应用？同学C认为地球磁场对于导航十分重要，指南针是利用地球磁场进行定位和导航的工具。

同学D提到地球磁场的变化可以用来研究地壳运动和行星演化。

同学E则指出地球磁场的变化对环境保护的重要性，它能够帮助我们预测和监测地球的磁场健康状态。

《电磁场与电磁波》实验指导书中国农业大学信息与电气工程学院2010年 12月“电磁场与电磁波”是工科电子类专业一门重要的专业基础课。

由于该课程核心的基本概念、基本理论和分析方法都非常重要，而且系统性、理论性很强，为此在学习本课程时，开设必要的实验，使抽象的概念和理论形象化、具体化，增强学生学习本门课程的兴趣，对学生加深理解和深入掌握基本理论和分析方法，培养学生分析问题和解决问题、设计实验方案的能力等方面，具有极大的好处。

做好本课程的实验，是学好本课程的重要教学辅助环节。

在做每个实验前，请务必阅读实验指导书和教材，弄懂实验原理，认真完成实验预习报告；做完实验后，请务必写出详细的实验报告，包括实验方法、实验过程和结果、心得和体会等。

目录实验一静电场仿真实验二恒定电场的仿真实验三恒定磁场的仿真实验四电磁波反射与折射实验一 静电场仿真1．实验目的建立静电场中电场及电位空间分布的直观概念。

2．实验仪器计算机一台3．基本原理当电荷的电荷量及其位置均不随时间变化时，电场也就不随时间变化，这种电场称为静电场。

点电荷q 在无限大真空中产生的电场强度E 的数学表达式为204q E r rπε=（r 是单位向量） （1-1）真空中点电荷产生的电位为04q rϕπε=（1-2）其中，电场强度是矢量，电位是标量，所以，无数点电荷产生的电场强度和电位是不一样的，电场强度为1221014nin i i i q E E E E r r πε==+++=∑ （i r 是单位向量）（1-3） 电位为121014nin i i q r ϕϕϕϕπε==+++=∑ （1-4） 本章模拟的就是基本的电位图形。

4．实验内容及步骤 （1） 点电荷静电场仿真题目：真空中有一个点电荷-q ，求其电场分布图。

分析：真空中负点电荷的电位是：04q rϕπε=-场强是：204q E r r πε=-假设其在坐标原点，则半径为r ，用x ，y 的坐标求出r 进而求出x ，y 与电位ϕ之间的关系，则可以做出图形。

《课题：探究本地地磁场》课堂实录湖北兴山县第一中学鲁军陈光旭探究式教学是“以学生为中心，在整个教学过程中由教师起组织者、指导者、帮助者和促进者的作用，利用情境、协作、会话等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神，最终达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目的”；强调学生对知识的主动探索、主动发现和对所学知识意义的主动建构。

探究式教学符合新形势下的教学理念、素质教育的创新精神，已广泛地受到各位教育同仁的认可和重视。

在学习《电磁感应》后，我们确定了“探究本地地磁场”的课题，在探究式教学上做了一些有益的尝试。

下面就这次活动做一简单回顾，同时也希望各位同行给以指正。

确定课题：我们在“电磁感应现象”这一节备课时，就想到了这一个问题：有哪些方式可以实现磁生电？而为实现这个目的，在很大程度上取决于磁场提供的方式；而磁场提供方式常见的有磁体和电流的磁场。

但我们在查阅资料时，发现有教师利用地磁场来研究电磁感应现象的方法。

随后，我们就进行了实验，用导线做绳让学生集体做跳绳的游戏，用灵敏电流计检测出在跳绳时导线中确实有电流产生。

通过这个实验不仅让学生大开了眼界，也增添了不少乐趣，这个实验给我们留下了深刻印象。

做完以上实验后，有教师就提出：能不能测出本地的地磁场的强弱呢？当时我们就想到这肯定比较难，我们查阅了很多资料后发现在现今的中学物理中几乎没人涉足这一问题，我们在准备放弃时忽然意识到这是一个很好的探究课题。

特别是探究式教学中的“重过程轻结果”及让学生体会探究的科学过程的意义远胜于知识灌输的观念大大激发和鼓励了我们，于是我们决定把地磁场作为高二学生在学完《电磁感应》后的一个探究课题，并且还决定不要求结果有多准确，关键要学生好好体会一下探究的方法和在探究过程中科学素养的培养。

当即我们确定如下目标：1．通过探究让学生感受、认识地磁场；2．通过对本地地磁场的磁感强度测量，培养学生动手实验，解决实际问题及综合应用能力；3．提高学生对磁场，电磁感应、运动学知识的理解能力；4．培养学生的创新精神和探究思想；5．通过对地磁场的探索过程，培养学生学习物理的兴趣，以及对物理实验的自觉性。