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地球磁場(chǎng)的測(cè)量
地球磁場(chǎng)的測(cè)量
【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>
1. 利用旋轉(zhuǎn)感應(yīng)線圈測(cè)量地磁場(chǎng)。
2. 掌握Cassy Leb計(jì)算機(jī)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的原理和使用方法。
【實(shí)驗(yàn)原理】
感應(yīng)線圈在地磁場(chǎng)中繞直徑旋轉(zhuǎn)，通過線圈的磁通為：
σ(t)=N?π?R2?第一文庫(kù)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(chǎng)垂直于旋轉(zhuǎn)軸的有效磁場(chǎng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為：
2U=N?π?R?B⊥?ω
測(cè)量幾個(gè)不同方向旋轉(zhuǎn)軸相應(yīng)的有效磁場(chǎng)就可計(jì)算地磁場(chǎng)的大小和在實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系中的方位角。
2
圖（1）地磁場(chǎng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置
【供選擇的研究課題】
1. 垂直于旋轉(zhuǎn)軸的地磁場(chǎng)有效分量的測(cè)量。
2. 地磁場(chǎng)大小和在實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系中方位角的測(cè)量。
【實(shí)驗(yàn)儀器】
旋轉(zhuǎn)感應(yīng)線圈，編號(hào)55506；實(shí)驗(yàn)馬達(dá)，編號(hào)34735；實(shí)驗(yàn)馬達(dá)控制器，編號(hào)34736；Cassy計(jì)算機(jī)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
【實(shí)驗(yàn)提示】
1. 閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書或參考實(shí)驗(yàn)報(bào)告，了解實(shí)驗(yàn)一般要求和實(shí)驗(yàn)的基本過程。
2. 閱讀實(shí)驗(yàn)有關(guān)儀器的使用說明書。
3. 閱讀Cassy Leb計(jì)算機(jī)測(cè)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(jī)文檔。
4. 打開計(jì)算機(jī)，在C:\Data文件夾打開已有的實(shí)驗(yàn)文件，了解實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置的數(shù)量級(jí)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示的特點(diǎn)。
5. 在C:\StuData文件夾建立本組學(xué)生私用文件夾（以學(xué)號(hào)命名）。在實(shí)驗(yàn)過程中所有實(shí)驗(yàn)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(gè)以學(xué)生姓名命名的文本文件，用以記錄實(shí)驗(yàn)有關(guān)信息。
6. 點(diǎn)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(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置示意圖
7. 完成研究課題（1），在安裝好測(cè)量裝置，設(shè)置實(shí)驗(yàn)測(cè)量參數(shù)后經(jīng)老師許可完成實(shí)驗(yàn)。將文檔命名為試驗(yàn)文檔編號(hào)存入私用文件夾，并將實(shí)驗(yàn)中有關(guān)情況記錄在實(shí)驗(yàn)備注文件中�？截悓�(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（表格和圖形），編號(hào)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(shí)驗(yàn)，把有關(guān)文檔編號(hào)存入私用文件夾，把實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)報(bào)告。
10. 在測(cè)量第三個(gè)方向有效磁場(chǎng)時(shí)要重新安裝旋轉(zhuǎn)馬達(dá)和線圈。具體方法參看實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。
【實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)】
1. 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(dòng)線圈時(shí)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(shí)驗(yàn)完成后要復(fù)位。
4. 注意安全。實(shí)驗(yàn)時(shí)身體應(yīng)離開旋轉(zhuǎn)部件至少30厘米以上。
5. 拷貝實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的軟盤，實(shí)驗(yàn)前交給老師統(tǒng)一進(jìn)行格式化。
【討論思考題】
1. 實(shí)驗(yàn)測(cè)得的是地磁場(chǎng)在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方案。
2. 最少應(yīng)測(cè)出幾個(gè)不同指向旋轉(zhuǎn)軸有關(guān)的有效地磁場(chǎng)分量才能確定地磁場(chǎng)？請(qǐng)作出詳細(xì)分析。
3. 分析實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。
6. 對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種問題必須進(jìn)行分析并作出結(jié)論。有可能的話作出簡(jiǎn)單的數(shù)量級(jí)估算和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證�？匆豢醋约旱呐袛嗍欠裾_。
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