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地球磁場的測量
地球磁場的測量
【實驗?zāi)康摹?/p>
1. 利用旋轉(zhuǎn)感應(yīng)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(yīng)線圈在地磁場中繞直徑旋轉(zhuǎn)，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(yīng)線圈的匝數(shù)，R為半徑，n(t)是旋轉(zhuǎn)環(huán)的法向矢量。如果角速度ω 為常數(shù)，通過感應(yīng)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(zhuǎn)軸的有效磁場，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為：
2U=N?π?R?B⊥?ω
測量幾個不同方向旋轉(zhuǎn)軸相應(yīng)的有效磁場就可計算地磁場的大小和在實驗室坐標(biāo)系中的方位角。
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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(zhuǎn)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(biāo)系中方位角的測量。
【實驗儀器】
旋轉(zhuǎn)感應(yīng)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(dǎo)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(guān)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(xì)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(shè)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(xué)生私用文件夾（以學(xué)號命名）。在實驗過程中所有實驗文件都應(yīng)都存入該文件夾。在學(xué)生私用文件夾中建立一個以學(xué)生姓名命名的文本文件，用以記錄實驗有關(guān)信息。
6. 點擊CassyLeb圖標(biāo)，打開應(yīng)用程序，選擇Cassy標(biāo)簽，選擇μvbox 圖標(biāo)選±3mv。
圖（2）實驗參數(shù)設(shè)置示意圖
7. 完成研究課題（1），在安裝好測量裝置，設(shè)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(guān)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(guān)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(guān)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(zhuǎn)馬達和線圈。具體方法參看實驗指導(dǎo)書。
【實驗注意事項】
1. 實驗操作前應(yīng)仔細(xì)閱讀有關(guān)說明書，了解各種儀器的使用方法。
2. 實驗中二位同學(xué)應(yīng)注意相互配合，防止連接導(dǎo)線纏繞過緊。
3. 轉(zhuǎn)動線圈時應(yīng)先將電壓控制開關(guān)移到零位，設(shè)置好方向再旋轉(zhuǎn)電壓開關(guān)逐漸增大電壓。實驗完成后要復(fù)位。
4. 注意安全。實驗時身體應(yīng)離開旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化到標(biāo)準(zhǔn)方位角的實驗方案。
2. 最少應(yīng)測出幾個不同指向旋轉(zhuǎn)軸有關(guān)的有效地磁場分量才能確定地磁場？請作出詳細(xì)分析。
3. 分析實驗數(shù)據(jù)顯示圖中在線圈旋轉(zhuǎn)初始階段和結(jié)束階段產(chǎn)生異常峰值的原因。
4. 說明μVbox設(shè)置方法，分析Cassy-s傳感器組件，CassyLeb軟件和傳感器之間的
關(guān)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(jié)論。有可能的話作出簡單的數(shù)量級估算和進行實驗驗證�？匆豢醋约旱呐袛嗍欠裾_。
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