Главная страница
Навигация по странице:

  • Лабораторна робота № 31 Визначення постійної тангенс-бусолі та горизонтальної складової напруженості магнітного поля Землі

  • Теоретичні відомості

  • Хід виконання роботи

  • Обробка результатів вимірювань

  • Індивідуальні завдання

  • Контрольні запитання

  • МАГНЕТИЗМ. Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з фізики магнетизм 5 Київ 2004



    Скачать 1.68 Mb.
    НазваниеМетодичні вказівки до виконання лабораторних робіт з фізики магнетизм 5 Київ 2004
    АнкорМАГНЕТИЗМ.doc
    Дата01.03.2018
    Размер1.68 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлаМАГНЕТИЗМ.doc
    ТипМетодичні вказівки
    #17246
    КатегорияФизика
    страница1 из 6
      1   2   3   4   5   6


    МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

    КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

    ТЕХНОЛОГІЙ ТА ДИЗАЙНУ


    • МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ


    до виконання лабораторних робіт з фізики

    1. МАГНЕТИЗМ


    5

    Київ – 2004

    Магнетизм: Методичні вказівки до лабораторних робіт з фізики. /Укладачі А.П.Клименко, Л.І.Фролова, Б.М.Стаднік, М.Т.Степашко, – К.: КНУТД, 2004. – 54.

    Укладачі: А.П. Клименко

    Л.І. Фролова

    Б.М. Стаднік

    М.Т. Степашко

    Відповідальний за випуск зав. кафедрою фізики А.П.Клименко

    Передмова

    Метою фізичного практикуму є поглиблення засвоєння курсу фізики, формування у студентів навичок дослідницької роботи, уміння правильно застосовувати методику експерименту та вимірювальні прилади.

    Свідоме виконання експерименту, уважність і зосередженість на процесі виконання вимірювань, дбайливе відношення до приладів – необхідні умови успішного виконання фізичних дослідів. Для цього слід заздалегідь опрацювати відповідний теоретичний матеріал за підручниками, конспектами лекцій, методичними вказівками, ознайомитися з установкою, на якій буде виконуватись лабораторна робота,

    До виконання лабораторної роботи потрібно підготувати протокол – короткий конспект інструкції, куди обов’язково повиннівходити: короткі теоретичні відомості, формули для розрахунку вимірюваних фізичних величин і їх похибок, принципова схема установки, таблиця, куди будуть заноситись результати вимірювань потрібних фізичних величин.

    Перед виконанням дослідів студент повинен одержати у викладача допуск до роботи. Для цього потрібно відповісти на кілька запитань з теорії та ходу виконання відповідної лабораторної роботи.

    Виконавши всі необхідні вимірювання і записавши їх до протоколу, показують ці дані викладачу. До наступного заняття результати вимірювань відповідної лабораторної роботи слід обробити згідно з методичними вказівками: побудувати графіки, виконати обчислення шуканих величин і їх похибок, грамотно округлити і записати остаточні результати в надійних границях, детально опрацювати теоретичний матеріал і захистити лабораторну роботу.

    Для самоконтролю при підготовці до захисту роботи в кінці кожної лабораторної роботи в методичних указівках подані контрольні запитання.

    Під час виконання лабораторної роботи студент повинен бути уважним і строго виконувати правила техніки безпеки:

    1) не вмикати рубильники, а також вилки в розетку без дозволу викладача або лаборанта;

    2) не вмикати схему, що знаходиться під напругою без попередньої перевірки її викладачем або лаборантом;

    3) не проводити перемикання схем, що знаходяться під напругою;

    4) не торкатись до неізольованих частин схеми;

    5) не залишати без нагляду схему, що знаходиться під напругою;

    6) електричне коло замикати тільки на час вимірювань.
    Лабораторна робота 31

    Визначення постійної тангенс-бусолі та горизонтальної

    складової напруженості магнітного поля Землі

    Теоретичні відомості

    Земля являє собою величезний магніт, полюси якого лежать поблизу географічних полюсів: неподалік північного географічного полюса розміщений південний магнітний S, а біля південного географічного – північний магнітний N. За сучасними уявленнями поле Землі обумовлене струмами, що циркулюють по поверхні ядра Землі, а також частково намагніченістю гірських порід і струмами в радіаційних поясах.

    Вектор напруженості магнітного поля Землі на екваторі спрямований горизонтально, а поблизу магнітних полюсів – вертикально. В інших точках земної поверхні вектор напруженості магнітного поля Землі спрямований під певним кутом. Величину проекції вектора напруженості земного магнітного поля Н на горизонтальну площину називають горизонтальною складовою магнітного поля Землі Н3. Напрям цієї складової вважають напрямком магнітного меридіану. Кут між напрямком магнітного поля Землі й горизонтальною площиною називається кутом відхилення, а кут між географічним і магнітним меридіаном – кутом схилення .

    Магнітна стрілка, яка може обертатись лише довкола вертикальної осі, буде відхилятись в горизонтальній площині тільки під дією горизонтальної складової вектора напруженості магнітного поля Землі (Н3).

    Ця властивість магнітної стрілки використовується в тангенс-бусолі для визначення Н3. Тангенс-бусоль являє собою плоску вертикальну котушку великого радіуса R, на яку намотано кілька десятків витків дроту n. Величина радіуса котушки і число витків вказані на стенді установки.

    У центрі котушки в горизонтальній площині поміщено компас. Магнітна стрілка компаса за відсутності струму в котушці буде спрямована вздовж магнітного меридіана Землі NS. Повертаючи котушку довкола вертикальної осі можна її виставити так, що площина котушки буде збігатися з площиною магнітного меридіана – магнітна стрілка в цьому випадку буде знаходитись в площині котушки. Якщо після такого виставлення через витки котушки пропустити струм, то магнітна стрілка повернеться на деякий кут . Пояснюється це тим, що в цьому випадку на магнітну стрілку будуть діяти два магнітних поля: І – горизонтальна складова напруженості поля Землі Н3 і ІІ – створене струмом бусолі – НБ(рис. 1).

    Під дією цих полів магнітна стрілка займе таке положення рівноваги, що пряма, яка з’єднує полюси стрілки, збігатиметься за напрямком з вектором напруженості результуючого магнітного поля. На Рис. 1 точки А і В – перетин витка котушки горизонтальною площиною, SN – магнітна стрілка компаса, поміщеного в центр котушки, Н3 – вектор горизонтальної складової напруженості магнітного поля Землі, НБ – вектор напруженості магнітного поля, створеного струмом котушки (визначається за правилом свердлика).

    Зверніть увагу на розташування магнітних силових ліній навколо провідника зі струмом; у точці А струм йде на нас (показаний крапкою), у точці В струм йде від нас (показаний хрестиком). Магнітне поле в центрі колового струму (вектор НБ) спрямоване перпендикулярно до площини витків.

    З малюнка видно, що:

    tg =НБ/Н3 і, отже,

    Рис. 1

    Н3=НБ/tg (1)

    Величина напруженості поля НБ обчислюється за законом Біо-Савара-Лапласа і в центрі котушки великого радіуса, що містить n витків, крізь які тече струм,визначається за формулою:

    НБ = , (2)

    де І – струм, що тече через виток, r – радіус витка котушки.

    Підставляючи значення НБ у формулу (1) одержимо:

    Н3 = . (3)

    На підставі рівняння (3) одержимо вираз для сили струму:

    , (4)

    де – величина постійна, тому що Н3 (у даному місці Землі), n і r (для бусолі) – постійні. Величина С називається постійною тангенс-бусолі. Визначивши постійну тангенс-бусолі, знаходимо горизонтальну складову напруженості магнітного поля Землі:

    . (5)

    Хід виконання роботи

    1. Зібрати електричне коло з тангенс-бусолі G, амперметра А,

    реостата R, перемикача К і джерела струму (рис.2).

    2. Повертаючи тан-генс-бусоль, устано-вити її в площині магнітного мериді-ана, тобто так, щоб стрілка компаса була спрямована вздовж горизон-тального діаметра бусолі, а один кінець стрілки збіг-ся з поділкою 0 на коловій шкалі компаса.

    3. Замкнути електричне коло з допомогою перемикача К і з допомогою повзуна реостата виставити певне значення постійного струму через бусоль на міліамперметрі (наприклад 100 мА).

    4. Як тільки стрілка компаса зупиниться в положенні рівноваги, по коловій шкалі компаса зробити відлік кута відхилення стрілки 1.

    5. Не змінюючи положення повзуна реостата, перевести перемикач в інше положення, при цьому зміниться напрямок струму в колі (щоб виключити неточність початкового виставлення колового контура в площині магнітного меридіана), і виміряти величину відхилення стрілки 2. Для розрахунків беруть середнє значення з цих двох показів 1 і 2.

    6. Повторити дослід 7-10 разів для різних струмів, що течуть через тангенс-бусоль, які встановлюють, плавно змінюючи положення повзуна реостата.

    7. Результат вимірювань занести в Таблицю 1.

    Таблиця 1

    № п/пІ, А12 tgtg21234567P = 0,95; t7 = 2,45CCH3H3

    Обробка результатів вимірювань

    1. Відповідно до формули (4) I = Ctg, сила струму є лінійною функцією tg. Застосовуючи метод найменших квадратів (див. “Методи обробки результатів вимірювань”), розрахувати постійну С і надійну (довірчу) границю її визначення.

    2. За формулою (5) визначити найбільш імовірне значення горизонтальної складової магнітного поля Землі в СІ.

    3. Обчислити границю надійного інтервалу похибки результату вимірювань напруженості магнітного поля Землі, використовуючи метод визначення похибок непрямих вимірювань:

    , де D1 = С ; D2 = r .

    4. Записати результат вимірювань величин С і Н3 у їхніх надійних інтервалах.

    Індивідуальні завдання

    1. За завданням викладача взяти певне початкове значення вимірюваного струму, що проходить через бусоль і певний інтервал між значеннями струмів у послідовних вимірюваннях.

    2. За завданням викладача результати вимірювань опрацювати одним з наступних способів:

    а) за формулою обчислити значення С для всіх виміряних І та , знайти найбільш імовірне значення С, потім за формулою знайти горизонтальну складову напруженості магнітного поля Землі;

    б) обчислити всі значення Н3 за виміряними даними, використовуючи формулу , потім знайти найбільш імовірне значення Н3. Величину С визначити за формулою ;

    в) побудувати графік залежності , за яким знайти С як тангенс кута нахилу прямої, а потім з формули визначити Н3;

    г) розрахувати С, використовуючи метод найменших квадратів, а потім визначити Н3.

    3. Студентам, що добре встигають, можна запропонувати провести експеримент, розміщуючи коловий провідник під різними кутами до площини магнітного меридіана, а потім, одержавши робочу формулу і зробивши відповідні вимірювання, виконати обробку результатів способом б).

    Контрольні запитання

    1. Сформулюйте і запишіть закон Біо-Савара-Лапласа.

    2. Як зв’язані вектори магнітної індукції і напруженості магнітного поля? Поясніть відмінність між цими двома фізичними

    величинами.

    3. Виведіть формулу для визначення напруженості магнітного поля: а) прямого струму обмежених розмірів (відрізок дроту); б) на осі колового струму.

    4. Як зміниться значення індукції магнітного поля в центрі колового провідника, якщо радіус його збільшити у 2 рази, а струм у провіднику зменшити у 3 рази?

    5. Сила струму в коловому провіднику збільшилась у 4 рази. Як потрібно змінити радіус цього провідника, щоб магнітний момент його не змінився?

    6. Які магнітні поля діють на магнітну стрілку тангенс-бусолі?

    Охарактеризуйте магнітне поле Землі. Яке його походження, від яких природних чинників воно залежить?

    7. Які фізичні величини визначають напруженість магнітного поля?

    8. Яким є характер залежності між значеннями струму, що проходить через тангенс-бусоль, і тангенсом кута відхилення магнітної стрілки?

    9. Як визначити напрямок вектора напруженості колового струму?

    10. Перелічіть параметри, від яких залежить числове значення горизонтальної складової напруженості магнітного поля Землі.

    11. Які величини потрібно виміряти для обчислення постійної тангенс-бусолі?

    12. Як розрахувати надійну (довірчу) границю похибки результату вимірювань Н3? Яка з вимірюваних у досліді величин вносить найбільшу похибку у значення Н3?

    13. Як спрямований вектор магнітного моменту колового витка зі струмом, якщо площина контура збігається з площиною малюнка, а струму тече за годинниковою стрілкою?

    14. Як зміниться магнітний момент прямокутного контура, якщо силу струму, що протікає через нього, збільшити у 3 рази?

    15. Пояснити, чому магнітне поле Землі Н3 і магнітне поле струму НБ у цьому досліді взаємно перпендикулярні?

    16. Коловий контур зі струмом помістили в однорідне магнітне поле. Як буде себе поводити контур?

    17. Вздовж осі колового контура зі струмом натягнуто нескінченно довгий прямокутний провідник зі струмом. Як реагуватиме контур на вплив поля провідника?

    18. Чому магнітна стрілка тангенс-бусолі повинна мати малі розміри?

    19. Чому дорівнює модуль вектора індукції поля, утвореного двома однаковими коловими провідниками зі струмом, розміщеними у двох вертикальних паралельних площинах на відстані R так, що лінія, що з’єднує її їх центри перпендикулярна до площини витків. Точка А, в якій слід визначити індукцію поля, лежить на лінії, що з'єднує центри цих провідників і рівно посередині між ними. Струми у витках рівні за величиною і протилежні за напрямками.

    1. Лабораторна робота № 32
    2.   1   2   3   4   5   6
    написать администратору сайта