实验十二、地磁场水平分量测量

实验二十九 地磁场水平分量的测量1、教学目标（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、教学难点、重点难点：地磁场的相关概念；正切电流计的原理。

重点：测量方法和测量公式。

3、实验室提供的仪器和用具亥姆霍兹线圈（N=640匝，R=10cm ），地质罗盘（DL-I 型），直流稳压电源（DF173系列），电阻箱（ZX21型），直流电流表（0.5级，10Ma ），换向开关，水准器。

4、实验原理4.1 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1。

地心磁偶极子的磁轴m m S N 与地球的旋转轴NS 斜交一个角度o 5.11,00≈θθ。

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。

O 点表示测量点，x 轴指向北，即为地理子午线（经线）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x B 和东向分量y B ；B 在Z 轴上的投影z B 称为垂直分量。

故某一地点O 的地磁要素有：⑴地磁场总磁感应强度B ，⑵磁倾角I ，⑶磁偏角D ，⑷水平分量//B ，⑸垂直分量z B ，⑹北向分量x B ，⑺东向分量y B 。

地磁场水平分量地磁场是地球周围的磁场，是由地球内部的电流所产生的。

地磁场是地球与外部环境相互作用的重要组成部分，对于地球的物理、生物和地质过程都起着重要的调控作用。

在地磁场的测量中，地磁场水平分量是其中的一个重要参数。

本文将详细介绍地磁场水平分量的概念、测量方法和应用领域。

概念地磁场水平分量是指地磁场在水平方向（地表面或水平平面上）的分量。

地磁场通常用三个分量来描述，即水平分量、垂直分量和倾角分量。

水平分量指地磁场在水平方向的分量，垂直分量指地磁场在垂直方向（通常是垂直于地表面）的分量，而倾角分量指地磁场与水平方向之间的夹角。

地磁场水平分量的大小和方向与地球上的地理位置和地球内部的磁场分布有关。

地球的磁场并不均匀，其强度和方向在不同地点有所差异。

测量地磁场水平分量可以帮助我们了解地球内部的磁场结构，并用于导航、磁场勘探、地质勘探等领域。

测量方法测量地磁场水平分量的常用方法是使用磁力计。

磁力计是一种能够测量磁场强度和方向的仪器。

磁力计通常由磁场传感器、信号处理器和数据记录器组成。

在测量地磁场水平分量时，将磁力计放置在地面上或水平平面上，使其平面与水平方向垂直，然后记录磁力计测得的水平分量。

目前，磁力计的测量精度已经非常高，可以达到亚纳特（1纳特=10^-9特斯拉）量级。

在实际测量中，还需要对磁力计进行校准，以消除仪器本身的误差。

除了磁力计，地磁场水平分量还可以使用其他测量方法进行测量。

例如，使用磁场测量卫星可以获取大范围的地磁场数据，包括水平分量。

这种方法可以提供全球范围内的地磁场数据，并且具有高精度和高分辨率。

应用领域地磁场水平分量的测量在很多领域都有广泛的应用。

1. 导航地磁场水平分量可以用于导航系统中的方位确定。

通过测量地磁场水平分量，可以判断导航设备的朝向和位置，从而实现导航和定位。

例如，手机中的指南针功能就是基于地磁场水平分量来确定方向的。

2. 地磁场勘探地磁场水平分量的测量可以用于地磁场勘探。

磁场的测量【实验目的】（1）学会用“正切电流计法”测量地磁场水平分量B//。

（2）用磁阻传感器测量地磁场【实验原理及步骤】在我们周围到处都存在着磁场，同时磁场也为我们所用。

由于磁场存在的形式比较复杂，在测量时，首先需要知道被测量磁场的性质和磁场强度的大小，以此来选择正确的测量方法。

1. 地磁场地球本身具有磁性，地球及近地空间存在的磁场叫做地磁场。

地磁场的强度和方向随地点、甚至随时间变化而变化。

地磁的北极、南极分别在地理南极、北极附近，彼此并不重合，如图5.5.1所示，而且两者间的偏差随时间不断地缓慢变化。

在一个较小的范围内，地磁场基本上是均匀的。

地磁场可用三个参量来表示其方向和大小，如图5.5.2所示。

（1）磁偏角α。

地球表面任一点的地磁场强度矢量B所在的垂直平面（图5.5.2中B z所构成的平面，称地磁子午面）与地理子午面（图5.5.2中xz构成的平面）之间的夹角。

（2）磁倾角ϕ。

地磁场强度矢量B与水平面（xy平面）之间的夹角。

（3）水平分量B//。

地磁场强度矢量B在水平面上的投影。

地磁场存在于三维空间内，测量地磁场的这三个参量，就可确定某一地点地磁场的B 矢量的方向和大小。

这三个参量实际上是随时间在不断地改变，但这一变化极其缓慢、微弱。

图5.5.1 图5.5.22. 用“正切电流计法”测量地磁场水平分量B//1）实验前仪器调节“正切电流计”的结构如图5.5.3所示，它主要由亥姆霍兹线圈和罗盘构成。

亥姆霍兹线圈是由一对彼此平行且连通的共轴圆形线圈组成，两线圈内的电流大小相同、方向一致。

线圈之间的距离d正好等于圆形线圈的半径R。

这种线圈的特点是能够在公共轴线中点附近产生较广泛的均匀磁场。

在亥姆霍兹线圈的公共轴线的中点处水平放置一个罗盘，就构成了“正切电流计”。

图5.5.3根据仪器的结构，在探测器盒盖的顶端安装罗盘，盒盖上设有2个定位螺丝，用于确定罗盘的位置；另有一个锁紧螺丝，用于固定罗盘。

将水平轴升降紧固螺丝松开，使水平轴降至升降板滑槽的下端，调节的目的是使罗盘的指针定位于线圈的轴线上。

地磁场水平分量的测量-实验
实验用的仪器有：一组磁力计、一台多参数计（带有计算机和配件）以及许多必要的设备。

实验步骤：
第一步：将磁力计放置在位置A上，然后于多参数计上复位，以消除以前在读取中可能存在的数据。

第二步：在多参数计上设置参数，以读取A处磁力计的地磁场水平分量值。

第四步：重复第二步和第三步的操作，但改变磁力计的位置，找到多个位置，读取其地磁场水平分量值。

第五步：对所得到的磁力计数据进行处理，整理成表格的形式，其中应当包括每次测量的位置A编号及其读出的地磁场水平分量值。

第六步：用类似于拟合的一种方法，将地磁场水平分量值拟合在一条线上，结果以直
线图形式展示。

以上就是地磁场水平分量的测量实验的全部步骤。

本实验目的旨在测量地磁场水平分量的大小，以用于地磁场的定位。

结果表明，地磁场水平分量总是伴随着经纬度变化而变化。

霍尔效应测地磁场水平分量1. 引言嘿，大家好！今天咱们聊聊一个听上去有点高大上的话题——霍尔效应，尤其是它如何帮助我们测量地磁场的水平分量。

别担心，这可不是一门深奥的科学课，咱们会用简单的语言，轻松幽默地来探讨这个话题。

想象一下，科学也可以像喝茶一样惬意，不是吗？2. 霍尔效应是什么2.1 简单概念首先，霍尔效应是什么呢？简单来说，霍尔效应是当电流通过一个导体时，如果这个导体置于一个磁场中，就会在导体的两端产生电压。

哇，听上去好神奇，是不是？这就像当你在河边划船，水流一冲，船就会歪掉一样。

其实，霍尔效应就像是磁场给电流“打了个招呼”，让它产生了点小波动。

2.2 实际应用那么，这个现象有什么用呢？举个简单的例子，霍尔效应在很多地方都有应用，比如汽车的速度传感器、电子元件的检测等等。

它帮助我们监测各种电气信号，让我们在日常生活中变得更加智能。

听起来是不是很酷？就像魔法一样，哈哈！3. 地磁场的水平分量3.1 什么是地磁场接下来，咱们来说说地磁场。

地磁场是地球自身产生的磁场，它像一层无形的保护罩，包围着我们的星球。

你可能不知道，地球就像一颗大磁铁，有南北极，磁场的方向和强度在不断变化，就像变幻莫测的天气一样。

3.2 水平分量的意义地磁场有水平分量和垂直分量，今天咱们主要关注的是水平分量。

这个水平分量就像一个GPS导航，它能帮助我们确定方向。

如果没有这个信息，我们可能会迷失在广阔的宇宙中，哈哈！地磁场的水平分量还对动物的迁徙、航海等活动起着至关重要的作用。

4. 如何利用霍尔效应测量地磁场4.1 实验原理说到这里，你可能会好奇，怎么用霍尔效应来测量地磁场呢？其实，方法并不复杂。

我们可以将一个霍尔元件放置在地磁场中，电流通过它，然后在霍尔元件的两端就会产生电压，这个电压的大小和方向就可以告诉我们地磁场的水平分量了。

是不是觉得像解谜游戏一样？4.2 实际操作在实验中，我们需要一些设备，比如电源、霍尔传感器和一些测量仪器。

地磁场水平分量的测地磁场水平分量的测量地磁场的数值比较小，约10 5T数量级，但在直流磁场测量，特别是弱磁场测量中，往往需要知道其数值，并设法消除其影响，地磁场作为一种天然磁源，在军事、工业、医学、探矿等科研中也有着重要用途。

本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测定地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度的水平分量和垂直分量；测量地磁场的磁倾角，从而掌握磁阻传感器的特性及测量地磁场的一种重要方法。

由于磁阻传感器体积小，灵敏度高、易安装，因而在弱磁场测量方面有广泛应用前景。

【实验目的】1.掌握各向异性磁阻传感器的原理和特性2.了解各向异性磁阻传感器测量磁场的基本原理3.学会用磁阻传感器测定地磁场【实验仪器】地磁场实验仪、底座、转轴，带角度刻度的转盘、磁阻传感器的引线、亥姆霍磁线圈【实验原理】物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。

对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属，当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。

磁阻传感器由长而薄的玻莫合金（铁镍合金）制成一维磁阻微电路集成芯片（二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场）。

它利用通常的半导体工艺，将铁镍合金薄膜附着在硅片上，如图1所示。

薄膜的电阻率（）依赖于磁化强度M和电流I方向间的夹角，具有以下关系式：2（）（// ）cos （1）其中//、分别是电流I平行于M和垂直于M时的电阻率。

当沿着铁镍合金带的长度方向通以一定的直流电流，而垂直于电流方向施加一个外界磁场时，合金带自身的阻值会生较大的变化，利用合金带阻值这一变化，可以测量磁场大小和方向。

同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带，一条是置位与复位带，该传感器遇到强磁场感应时，将产生磁畴饱和现象，也可以用来置位或复位极性；另一条是偏置磁场带，用于产生一个偏置磁场，补偿环境磁场中的弱磁场部分（当外加磁场较弱时，磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系），使磁阻传感器输出显示线性关系。

地磁场的测量实验报告地磁场的测量实验报告引言：地磁场是指地球周围的磁场，它对地球上的生物和物理过程起着重要的影响。

为了深入了解地磁场的变化规律和特性，我们进行了一系列的测量实验。

本报告旨在总结实验的结果和分析所得的数据，以期对地磁场的研究有所贡献。

实验目的：1. 测量地磁场的强度和方向；2. 探究地磁场的空间分布特征；3. 分析地磁场的变化规律。

实验方法：我们使用了一台精确的磁力计来测量地磁场的强度和方向。

在实验过程中，我们选择了不同的地点和时间进行测量，以获得更全面的数据。

同时，为了排除其他因素对实验结果的干扰，我们在测量时保持实验环境的稳定。

实验结果与分析：1. 地磁场的强度：在不同地点和时间的测量中，我们发现地磁场的强度存在一定的差异。

例如，在城市中心的测量结果显示地磁场的强度较弱，可能受到建筑物和电力设施的影响；而在郊区和农村地区，地磁场的强度较强，可能与地下岩石的磁性有关。

此外，我们还发现地磁场的强度在不同时间段也存在变化，这可能与太阳活动和地球磁层的运动有关。

2. 地磁场的方向：通过测量，我们得到了地磁场的方向数据。

在同一地点的不同时间测量结果中，地磁场的方向存在一定的偏差。

这可能是由于地球自转和地磁场的动态变化导致的。

此外，我们还观察到地磁场的方向在不同地点之间也存在差异，这可能与地球内部物质的分布和运动有关。

3. 地磁场的空间分布特征：通过对多个地点的测量数据进行分析，我们发现地磁场的空间分布呈现出一定的规律性。

例如，在赤道附近的地区，地磁场的强度较弱，方向较为水平；而在极地附近的地区，地磁场的强度较强，方向较为垂直。

这与地球内部的磁性物质分布和地球自转的影响有关。

结论：通过本次实验，我们对地磁场的强度、方向和空间分布特征有了更深入的了解。

地磁场的强度和方向在不同地点和时间存在一定的差异，这可能受到地下物质分布、建筑物和电力设施的影响。

地磁场的空间分布呈现出一定的规律性，与地球内部物质的分布和地球自转的影响密切相关。

地磁场水平分量的测量【摘要】：地磁场水平分量（horizontal component of geomagnetic field）：地磁场的总磁场强度矢量T在参考坐标系的XOY水平面上的投影，称为地磁场水平分量，通常用符号H表示。

水平分量的数值在赤道附近最大，约为0.03～0.04mT，由赤道向两极数值逐渐减小，两极为零。

地球上除高纬度地区以外，大部分地区地磁场水平分量是大致指北的，这个方向称为磁北。

中国由南到北，水平分量逐渐减小，约从0.04到0.02mT。

【关键词】：地磁场水平分量、亥姆霍兹线圈、正切电流【引言】：地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分。

基本磁场是地磁场的主要部分，起源于地球内部，比较稳定，属于静磁场部分。

变化磁场包括地磁场的各种短期变化，主要起源于地球内部，相对比较微弱。

地球变化磁场可分为平静变化和干扰变化两大类型。

行军、航海利用地磁场对指南针的作用来定向。

人们还可以根据地磁场在地面上分布的特征寻找矿藏。

地磁场的变化能影响无线电波的传播。

当地磁场受到太阳黑子活动而发生强烈扰动时，远距离通讯将受到严重影响，甚至中断。

假如没有地磁场，从太阳发出的强大的带电粒子流（通常叫太阳风），就不会受到地磁场的作用发生偏转而直射地球。

在这种高能粒子的轰击下，地球的大气成份可能不是现在的样子，生命将无法存在。

所以地磁场这顶“保护伞”对我们来说至关重要。

地磁场强度大约是0.5-0.6高斯，也就是5-6*E-5特斯拉（50-60μT）。

【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【实验原理】：亥姆霍兹线圈（Helmholtz coil）是一种制造小范围区域均匀磁场的器件。

由于亥姆霍兹线圈具有开敞性质，很容易地可以将其它仪器置入或移出，也可以直接做视觉观察，所以，是物理实验常使用的器件。

因德国物理学者赫尔曼·冯·亥姆霍兹而命名。

亥姆霍兹线圈是由一对完全相同的圆形导体线圈组成。

地磁场水平分量的测量实验报告1. 实验目的通过地磁场水平分量的测量实验，了解地磁场的基本特性和测量方法，掌握地磁场水平分量的测量技巧和操作方法。

2. 实验原理地球上存在地磁场，它是由地球内部的自然磁场所产生。

地磁场的强度与地点、日期和时间等因素有关。

一般地球磁场垂直于地球表面的北极和南极之间的平面，称为地球的磁子午面，而水平面上的磁场分量叫做地磁场水平分量。

地磁场的测量方法主要有三种：飞行磁探、陆地磁探和海洋磁探。

陆地磁探是在地面上使用磁力计等仪器进行测量，通过目视或设备读数来获取数据。

3. 实验器材磁力计、细铁片、支架、水平仪、望远镜、三角板、直尺等。

4. 实验步骤（1）实验器材准备：将磁力计装在平整水平的铁板上，调整其变换装置，使磁针与磁场方向一致。

（2）实验地点选择：在开阔地面上选取一个平整水平的地点，安置仪器，保持地磁场垂直于磁力计，不受建筑物、障碍物及金属物质的影响。

（3）实验步骤：1. 水平安置磁力计，使其磁针与磁场方向一致。

2. 将望远镜调整至磁力计的标度上，并在三角板上安置细铁片，三角板的底边与罗盘水平。

3. 观察场地内可能影响罗盘方向的各种因素，避免振动、金属物质和电子设备等干扰。

记录罗盘的初始方位角度和时间。

4. 等待5分钟，让罗盘稳定在磁场方向，记录其方位角度和时间。

5. 在记录初始数据后，把细铁片向东或西移动一定的距离，保证细铁条与罗盘初始方位的夹角为30度。

6. 再等待5分钟，记录罗盘的方位角度和时间。

7. 按照上述方法，将细铁片向东或西移动，记录不同角度下罗盘的方位角度和时间。

8. 采集足够多的数据，计算平均角度和标准差。

5. 实验结果与分析实验过程中，需要注意各种可能影响罗盘方向的因素，如振动、金属物质和电子设备等干扰。

实验的平均角度和标准差可以通过计算得到，用于评估实验的准确性和可靠性。

6. 实验结论通过地磁场水平分量的测量实验，了解了地磁场的基本特性和测量方法，掌握了地磁场水平分量的测量技巧和操作方法。

地磁场水平分量的测量地磁场的数值比较小，约T 105-数量级，但在直流磁场测量，特别是弱磁场测量中，往往需要知道其数值，并设法消除其影响，地磁场作为一种天然磁源，在军事、工业、医学、探矿等科研中也有着重要用途。

本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测定地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度的水平分量和垂直分量；测量地磁场的磁倾角，从而掌握磁阻 传感器的特性及测量地磁场的一种重要方法。

由于磁阻传感器体积小，灵敏度高、易安装，因而在弱磁场测量方面有广泛应用前景。

【实验目的】1.掌握各向异性磁阻传感器的原理和特性2.了解各向异性磁阻传感器测量磁场的基本原理3.学会用磁阻传感器测定地磁场【实验仪器】地磁场实验仪、底座、转轴，带角度刻度的转盘、磁阻传感器的引线、亥姆霍磁线圈【实验原理】物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。

对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属，当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。

磁阻传感器由长而薄的玻莫合金(铁镍合金)制成一维磁阻微电路集成芯片(二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场)。

它利用通常的半导体工艺，将铁镍合金薄膜附着在硅片上，如图1所示。

薄膜的电阻率)(θρ依赖于磁化强度M 和电流I 方向间的夹角θ，具有以下关系式：θρ-ρ+ρ=θρ⊥⊥2cos )()(∥ （1）其中∥ρ、⊥ρ分别是电流I 平行于M 和垂直于M 时的电阻率。

当沿着铁镍合金带的长度方向通以一定的直流电流，而垂直于电流方向施加一个外界磁场时，合金带自身的阻值会生较大的变化，利用合金带阻值这一变化，可以测量磁场大小和方向。

同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带，一条是置位与复位带，该传感器遇到强磁场感应时，将产生磁畴饱和现象，也可以用来置位或复位极性；另一条是偏置磁场带，用于产生一个偏置磁场，补偿环境磁场中的弱磁场部分(当外加磁场较弱时，磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系)，使磁阻传感器输出显示线性关系。

地磁水平分量的测量胡小鹏;周进【摘要】用动力学的方法测量了地磁场的水平分量.通过改变电路中电流的大小和方向,测量磁针在地磁场水平分量和外加亥姆霍兹线圈产生的合磁场的共同作用下的简谐振动周期,用作图法得到合磁场为零的电流值,从而得到地磁场水平分量.%The horizontal component of geomagnetic field was measured using a dynamical method.By changing the value and direction of the current in a circuit, the harmonic vibration periods of a magnetic needle were measured in a hybrid magnetic field, consisting the horizontal component of geomagnetic field and an additional one from a Helmholtz loop.By plotting the data, the critical current was obtained when the net magnetic field on the needle was zero.Then the horizontal component of geomagnetic field was determined.【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2017(037)004【总页数】5页(P27-30,38)【关键词】地磁场;亥姆霍兹线圈;补偿法;振动【作者】胡小鹏;周进【作者单位】南京大学物理学院,江苏南京 210093;南京大学物理学院,江苏南京210093【正文语种】中文【中图分类】O441地球是一个巨大的磁体，根据1965年的科学测定，地磁北极位于东经139.9°，南纬66.6°的南极洲威尔斯附近；地磁南极位于西经100.5°，北纬75.5°的北美洲帕里群岛附近. 地磁两极和地理两极并不重合，地球及近地空间存在着磁场，叫做地磁场. 在不太大的区域内，地磁场基本上是均匀的，可以用3个参量来表示地磁场的大小和方向，即水平分量、磁偏角和磁倾角. 地磁水平分量是地磁感应强度矢量B在水平面上的投影. 测量地磁场的水平分量或者地磁场的强度，常用的方法有正切电流计法[1]、霍尔传感器测量法[2]、磁阻传感器法[3]、磁力计法[3]、磁聚焦法[4]、磁针动力学法[5]、电子自旋共振测量法[6]等. 本文主要介绍在南京大学物理实验课程中使用的磁针动力学法，即通过亥姆霍兹线圈中心部分产生的辅助磁场，测量小磁针在合磁场中运动来测得本地区的地磁水平分量.地磁水平分量是该地理位置和地表层状态的函数，在一定区域内可以看作常量，这个值一般来说只能由实验方法来确定. 本文中确定实验所在区域地磁感强度的水平分量B∥,测量的思路是将小磁针用细线挂在磁场中，使其受到微扰而振动，测定其振动周期，从而确定磁感强度B的水平分量.图1中，B∥为均匀磁场的水平分量，悬吊的小磁针可以绕悬线C自由振动，当悬线与B∥夹角为θ时，受到的磁力矩为其中，M为小磁针的磁矩. 当θ很小时，sin θ≈θ，则(1)式变为根据转动定律，力矩等于转动惯量乘以角加速度,有即这是简谐运动方程，周期为则小磁针的转动惯量I以及磁矩M未知时，可以外加1个辅助磁场，一般为电流i产生的磁场，其大小为B′=ki.当B′的方向与地磁水平分量方向相同时，合磁场B为(5)式将变为调节电流i，从而改变T的大小，作出T-2与i的线性关系图，可以得出，当T-2=0时，有合磁场B→0，即本实验中采用亥姆霍兹线圈产生磁场. 亥姆霍兹线圈(如图2所示)，由2个半径均为R、匝数均为N、相距为R的通电线圈组成.其圆心连线中点即O点附近的磁场是均匀的，其方向由安培定律确定，其大小与线圈半径R、匝数N、通电电流i有关，经验公式为也可以用螺线管作补偿的电磁场，则在管内中心点O附近产生的均匀磁场的大小为式中L是螺线管长度，i是流过的电流，N是匝数.实验中提供了直流稳压电源、滑线变阻器、磁针、电子计时器、单刀开关S1、换向开关S2、安培表，以及产生磁场的亥姆霍兹线圈等仪器.首先，调节亥姆霍兹线圈的方位，使其轴线与小磁针指向相同，即将线圈产生的磁场Be调至地磁水平分量的方向. 图3为线圈控制电路，包含电流方向改变和电流大小的变化.接好线路后，判断亥姆霍兹线圈串接是否正确，即两线圈的轴线中间产生叠加磁场. 判断电流正反方向，当电流i产生的Be与B∥方向相同时为“+”，相反时则为“-”.在Be与B∥同向时，电流由3.00 mA至1.00 mA测量对应磁针的摆动周期；在Be与B∥反向时，电流由0.00 mA至10.00 mA(在合磁场为零附近，磁针振动慢，不宜测量)测量对应磁针摆动周期. 对每一电流测量3次，每次n=20个周期，取平均，数据见表1(表中).根据表1的数据，作出T-2-i的变化关系图. 数据作图时，将磁针指向发生反转，即合磁场方向和地磁场水平分量反向时测得的数据对横轴做镜像，从而作出图4.拟合出的直线和横轴的交点处电流的大小即为合磁场为零时对应的线圈中的电流，从图4中得到i0=5.05 mA.将线圈半径R=10.00 cm和线圈匝数N=650，以及i=5.05 mA，代入(9)式，计算出实验室本地的地磁场水平分量的大小为B∥=2.95×10-5 T.本实验是对刚入学的一年级学生开设的，大部分学生在中学时很少做实验，所以一些看起来比较简单的问题也需要教师进行引导.大部分学生在原理上都没有问题，即使没有微积分基础，只要用弹簧振子简谐运动进行类比，即可掌握其原理.实验中对亥姆霍兹线圈串接的判断：对给定的亥姆霍兹线圈，当电流串接正确时两线圈在中心轴线上磁场是叠加的，否则相互抵消. 实验中可以引导学生从磁场与电流的关系出发，使得理论与实验相结合. 电流正负判断也如此.实验中电流从3.00 mA到-10.00 mA,考虑到2点：1)磁场强，振动得快，测量误差大.2)在测量区间，振动周期由快变慢再变快. 许多学生都会感到困惑，引导学生，做实验时不仅要测量实验数据，而且要观察实验现象，因为在此区间，合成的磁场方向将发生变化，实验中是可以观察到的.实验中由于两磁场方向调节仅仅靠目测是比较粗糙的，而磁场是矢量，一般情况下合成方向与磁场方向基本相同，但在两磁场大小差不多，方向相反时就会出现明显的变化，在实验中要引导学生思考“如何根据该特点，更准确调节两磁场的平行”.地磁场是较弱的磁场，测量中很容易受到环境、实验仪器的干扰，而实验环境干扰是客观存在的，有时影响还会比较大；由于实验场地的限制实验仪器也会相互影响，所以实验中测量到的是磁针处的磁场.本文中介绍的磁针动力学法测量地磁场的水平分量，也可以用类似加辅助磁场的方法，测量磁针转动惯量，如可以在磁针的两端对称地放上形状规则的配重(配重转动惯量可计算)，通过改变配重在磁针上的相对位置，测量不同状态下的磁针振动周期，在测得磁场的情况下获得磁针的转动惯量，从而可以获得磁针的磁矩[7-8]. 实验中，在一定条件下磁针会出现振动-摆动-振动的转换现象，此现象也常常会引起学生的兴趣.【相关文献】[1] 杨树武. 普通物理实验(电磁学部分)[M]. 4 版．北京:高等教育出版社，2007:239-243.[2] 易易，柳玥，陆申龙. 测量地磁场水平分量的两种方法[J]. 物理实验，2000，20(9):45-47．[3] 沈元华，陆申龙，基础物理实验[M]. 北京:高等教育出版社,2003：204-208.[4] 王玉清，杨德甫,刘艳峰，等. 利用磁聚焦法测量地磁场的研究[J]. 物理实验，2009,28(7):36-38.[5] 胡小鹏，高文莉，万春华. 大学物理实验(理科)[M]. 南京：南京大学出版社,2012:102.[6] 刘竹琴. 利用电子自旋共振测量地磁场强度及磁倾角[J]. 大学物理，2012,31(6):37-40.[7] 朱晔明，王思慧，周进. 磁场及磁矩的测量实验[J]. 大学物理,2006,25(4):58-59.[8] 王思慧，刘振宇，江洪建，等. 磁针磁矩的测量和耦合磁针的实验研究[J]. 物理实验，2016,36(3):19-23.。

测量地磁场实验-居家物理实验（版）实验项⽬名称：测量地磁场实验实验⽬的：1.了解地磁场分布，并研究测量地磁场的⽅法2.利⽤智能⼿机测量地磁场的⽔平分量，垂直分量和磁倾⾓实验原理和实验内容：地球本⾝具有磁性，所以地球和近地之间存在着磁场，叫做地磁场。

地磁场的强度和⽅向随地点（甚⾄随时间）⽽异。

地磁场的北极，南极分别在地理南极，北极附近，批次并不重合，⽽且两者之间的偏差随时间不断在缓慢变化。

在⼀个不太⼤的范围内，地磁场基本上是均匀的，可⽤三个参量来表⽰地磁场的⽅向和⼤⼩。

仪器设备的记录：智能⼿机，直尺，铅笔，⽩纸实验内容及数据记录：（可使⽤EXCEl数据导⼊，注意有效数字，标明单位）1. 确定磁⼒计三轴指代⽅位与⼿机对应关系2. 测量地磁场的⽔平分量将⼿机⽔平放置，在⽔平⾯上旋转⼿机，找到磁场的最⼤值，画出此时位置并记录磁场Bmax，继续旋转⼿机找到磁场值的最⼩值，并记录磁场Bmin，根据Bmax和Bmin数据计算地磁场的⽔平分量B∥⼤⼩1. 测量地磁场的垂直分量将⼿机沿确定好的位置竖直放置，然后倒置，分别记录磁场的最⼤值和最⼩值数据，计算地磁场的垂直分量B⊥⼤⼩1. 计算磁感应强度⼤⼩及磁倾⾓，并估算相对误差2. 实验数据的处理：（给出不确定度的计算结果及实验结果的表达式，必须有计算过程，注意有效位数保留和单位，画图可使⽤电脑绘图。

）3.B的⽔平分量：根据B∥=（Bmax-Bmin）/21.（44.9375+328125）/2=38.875 T2.（44.75+31.25）/2=38 T3.（44.1875+31.5）/2=37.84375 T所以B∥的平均值：38.23958 TB的垂直分量：根据B⊥=（Bmax-Bmin）/21.(23.5+44.13)/2=33.815 T2.(23.63+44.25)/2=33.94 T3.(25.44+43)/2=34.22 T所以B⊥的平均值：33.99167 T磁倾⾓β=arctan(B⊥/ B//)所以β= arctan(33.99167 / 38.23958 )=arctan（0.88891）=41.6343°实验结果的误差分析与问题讨论：（这是培养分析能⼒的重要环节，⼀定认真完成）1. 由于实验地与所给地之间的距离，引起的误差较为影响2. 实验仪器⼿机硬件和灵敏度的影响也可能会造成误差，以及测量⽔平分量时桌⾯的平整度，垂直时⼿机与平⾯的⾓度都会引起测量误差3. 最后可能为周围有带磁场的物件的⼲扰，造成误差实验思考题解答：1. 如何确定⼿机的xyz轴⽅向？⽤⼿机指南针确定正北⽅向，打开磁⼒计，在xy数值是否在某⼀范围跳动，稳定之后⽔平旋转90°，重复稳定操作，则此位置⼿机的前摄所指即为Y，前⼀步为X，数值上⽅为Z。

地磁场测定实验地磁场的数值比较小，约510-T 量级，但在直流磁场测量，特别是弱磁场测量中，往往需要知道其数值,并设法消除其影响，地磁场作为一种天然磁源，在军事、工业、医学、探矿等科研中也有着重要用途。

本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测量地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度的水平分量和垂直分量；测量地磁场的磁倾角，从而掌握磁阻传感器的特性及测量地磁场的一种重要方法。

由于磁阻传感器体积小，灵敏度高、易安装，因而在弱磁场测量方面有广泛应用前景。

一、实验目的(1）了解磁阻传感器的各向异性磁阻效应（2）掌握测量地磁场的定标及测量原理和方法 （3)熟练使用最小二乘法拟合 二、实验原理物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。

对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属,当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化;当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时,此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。

HMC1021Z 型磁阻传感器由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成一维磁阻微电路集成芯片（二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场)。

它利用通常的半导体工艺，将铁镍合金薄膜附着在硅片上，如图1所示。

薄膜的电阻率)(θρ依赖于磁化强度M 和电流I 方向间的夹角θ，具有以下关系式θρρρθρ2cos )()(⊥⊥-+=∥ (1）其中∥ρ、⊥ρ分别是电流I 平行于M 和垂直于M 时的电阻率。

当沿着铁镍合金带的长度方向通以一定的直流电流，而垂直于电流方向施加一个外界磁场时，合金带自身的阻值会生较大的变化,利用合金带阻值这一变化，可以测量磁场大小和方向。

同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带,一条是置位与复位带，该传感器遇到强磁场感应时，将产生磁畴饱和现象，也可以用来置位或复位极性；另一条是偏置磁场带，用于产生一个偏置磁场，补偿环境磁场中的弱磁场部分(当外加磁场较弱时，磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系），使磁阻传感器输出显示线性关系.HMC1021Z 磁阻传感器是一种单边封装的磁场传感器，它能测量与管脚平行方向的磁场。

地磁场的测量一、 实验目的1． 掌握坡莫合金磁阻传感器的定标2． 测量地磁场水平分量和磁倾角的方法二、实验仪器FD-HMC-2型磁阻传感器与地磁场实验仪三、实验原理地磁场作为一种天然磁源，在军事、航空、工业、医学、探矿等科研中有着重要用途。

地磁场的数值比较小，约510-T 量级，但在直流磁场测量，特别是弱磁场测量中，往往要知道其数值，并设法消除其影响，地磁场作为一种天然磁源，在军事，工业，医学，探矿等科研中也有着重要用途。

本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测量地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度的水平和垂直分量；测量地磁场的磁倾角，从而掌握磁阻传感器的特性及测量地磁场的一种重要方法。

由于磁阻传感器体积小，灵敏度高，易安装，因而在弱磁测量方面有广泛应用前景。

物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。

对于铁，钴，镍及合金等磁性金属，当外加磁场平行与磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各相异性磁阻效应。

HMC1021Z 型磁阻传感器由长而薄的坡莫合金（铁镍合金）制成一维磁阻微的半导体工艺，将铁镍合金薄膜附着在硅片上，如图1所示。

薄膜的电阻率)(θρ依赖于磁化强度M 和电流I 方向间的夹角θ，具有以下关系公式其中//ρ、⊥ρ分别是电流I 平行于M 和垂直于M 时的电阻率。

当沿着铁镍合金带长度方向通以一定的直流电流，而垂直于电流方向施加一个外界磁场时，合金带自身的阻值会发生较大的变化，利用合金带阻值这一变化，可以测量磁场大小和方向。

同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带，一条是置位与复位带，该传感器遇到强磁场感应时，将产生磁畴饱和现象，也可以用来置位或复位极性；另一条是偏置磁场带，用于产生一个偏置磁场，补偿环境磁场中的弱磁场部分（当外加磁场较弱时，磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系），使磁阻传感器输出显示线性关系。

HMC1021Z 型磁阻传感器是一种单边封装的磁场传感器，它能测量与管脚平行方向的磁场。