地磁场水平分量测量实验的误差分析论文.pdf

学科分类号（二级）140.35 本科学生毕业论文（设计） 　 题　　目地磁场水平分量测量实验的误差 　 分析 　　　　姓　　名　 　　 薛强德 　　　 　　 学　　号　　　 054090119 　 　　 院、　系　 物理与电子信息学院　 专　　业　 　 　 物理学　 　　　 指导教师　 刘燕　　　　　　 职称（学历） 副教授 地磁场水平分量测量实验的误差分析 摘要：研究了地磁场水平分量的实验误差来源及减小误差的方法。在实验中， 将测量电流所用的磁电式电流表改为数字多用表，并对正切电流计进行了电磁屏 蔽。整个实验分为四部分进行，主要针对周边及空间电磁影响进行分析，所得地 磁场水平分量实验值更加贴近理论值，并对实验做了误差分析。 关键词：地磁场；测量；电磁屏蔽；误差分析 我国宋代科学家沈括（1031—1095）在公元 1086 年写的《梦溪笔谈》中， 最早记载了地磁偏角，“方家（术士）以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东， 不全南也” 。沈括是历史上第一个从理论高度来研究磁偏现象的人。提出较系统 的原始理论的是英国人吉尔伯特。他在 1600 年著的《磁体》一书中，把当时许 多有关磁体性质的事实都记了下来，同时创造性地作了划时代的实验：把一块天 然磁石磨制成一个大磁球，用小铁丝制的小磁针装在枢轴上，放到该磁球附近， 在这磁球面上发现小磁针的各种行为与我们在地球上看到指南针的行为完全一 样。吉尔伯特用石笔把小磁针排列的指向标出一条条线，画成许多子午圈，与地 球经线相像，也有一条赤道，小磁针在赤道上则平行于球面。因此吉尔伯特提出 了一个理论：认为地球本身就是一块巨大的磁石，磁子午线汇交于地球两个相反 的端点即磁极上。地磁场的强弱叫地磁感应强度，地磁场的磁子午线与地理子午 线间的夹角叫磁偏角，地球上某处地磁场方向与地面水平方向间的夹角叫磁倾角， 这三个物理量称为“地磁三要素”。但是从地球的一个地方到邻近的另一个地方， [1] 地磁要素的变化一般都十分微小 。目前，关于地磁场强度大小的测定，有好多 种方法，常见的有正切电流计原理、集成霍尔传感器、高斯法、光泵磁共振法和 各种自制磁力计。不同的实验方法，测得同一地区的地磁场强度有一定的偏差。 主要原因就是仪器的误差和外界影响。本文的目的就是研究大学基础物理实验中 正切电流计原理测量地磁场水平分量实验中的误差来源和减弱误差的方法。 1 实验原理 1.1 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在着磁场叫做“地球磁场”又 称地磁场，其主要分布是一个偶极场。地心磁偶极子轴线与地球表面的两个交点 称为地磁极，地磁场的南（北）极实际上是地心次偶极子的北（南）极，如图 1 所示。 地心磁偶极子的磁轴 N S 与地球的旋转轴 NS 斜交一个角度 θ ，θ ≈ m m 0 0 11.5°。所以地磁场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 [2] 。 1 图 1 地球磁场示意图[3] Fig.1 Schematic diagram of the Earths magnetic field 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 X 示测量点，x 轴指向北。即为地理子午线