лабораторные работы по физике 11 класс. Методические указания для подготовки к выполнению лабораторных работ по курсу физики для студентов
 Скачать 6.72 Mb.
|
Министерство образования и науки Российской ФедерацииГосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет» Кафедра физики ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ Лабораторный комплекс К-315.1 Методические указания для подготовки к выполнению лабораторных работ по курсу физики для студентов технических специальностей Составитель А. В. ДесятниченкоУтверждены на заседании кафедры Протокол № 8 от 24.03.2011 Рекомендованы к печати учебно-методической комиссией специальности 220301 Протокол № 328 от 18.04.2011 Электронная копия находится в библиотеке ГУ КузГТУ Кемерово 2011СОДЕРЖАНИЕ Введение………………………………………………………….…2I. Лабораторная работа № 1Определение горизонтальной составляющей вектораиндукции магнитного поля Земли…….………………………...3II. Лабораторная работа № 2Определение индуктивности катушки……………………….....8 III. Лабораторная работа № 3Определение индуктивности соленоида баллистическимметодом…………………………………………………………….14 IV. Лабораторная работа № 4Изучение явления взаимной индукции………………………..20 V. Лабораторная работа № 5Определение удельного заряда электрона методоммагнетрона………………………………..…………………….…27 VI. Лабораторная работа № 6Изучение магнитного поля соленоида с помощью датчикаХолла……………………………………………..………….……..33 VII. Лабораторная работа № 7Исследование свойств ферромагнетиков……………………..39 VIII. Список рекомендуемой литературы…………………….47 ВВЕДЕНИЕ Комплекс К-315.1 представляет собой перечень лабораторных работ, предусмотренных государственным образовательным стандартом и рабочей программой по разделу «Электромагнетизм» дисциплины «Физика». Он включает в себя описание лабораторных установок, порядок измерений и алгоритмы расчёта определённых физических величин.Для подготовки к выполнению лабораторной работы 50 % от объёма часов, отводимых на изучение дисциплины, приходится на самостоятельную работу, которая является необходимым компонентом процесса обучения. Студент обязан заранее подготовиться к лабораторной работе: повторить пройденный лекционный материал; прочитать в учебниках параграфы, указанные в методических указаниях; внимательно изучить описание лабораторного стенда, методику измерений и расчёта, порядок выполнения работы; оформить отчёт по лабораторной работе на листах формата А4. Для допуска к выполнению лабораторной работы на установке студент должен знать устройство установки, уметь определять цену деления измерительных приборов, знать последовательность измерений, уметь обрабатывать результаты измерений. Отчёт по лабораторной работе должен содержать: титульный лист; цель работы; схему лабораторной установки с описанием приборов, входящих в её состав; физические законы, используемые в данной работе; расчётные формулы с пояснением входящих в них физических величин; таблицы с результатами измерений и вычислений; графики и диаграммы; расчёт погрешностей. В конце отчёта по лабораторной работе должен быть вывод, в котором студент должен указать какие физические закономерности были проверены и каким образом. На подготовку к работе отводится 4 часа, на выполнение работы в лаборатории – 2 часа аудиторных занятий и на обработку результатов – 2 часа. I. Лабораторная работа № 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ВЕКТОРА ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ 1. Цель работы: определение горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля Земли. 2. Подготовка к работе: прочитать в учебниках параграфы [1] § 22.1; [2] §§ 109, 110; [3] §§ 191–194. Для выполнения работы студент должен знать: а) закон Био – Савара – Лапласа и его применение к расчёту индукции магнитного поля в центре кругового витка с током; б) устройство и принцип работы тангенс-гальванометра; в) методику определения и расчёта горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля Земли. 3. Выполнение работы 3.1. Описание лабораторного стенда На рис. 1.1 приведена электрическая схема лабораторной установки, состоящая из тангенс-гальванометра G, амперметра А, реостата R, ключа К, двойного переключателя П и источника тока ε.  Рис. 1.1 Электрическая схема лабораторной установки Тангенс-гальванометр G состоит из катушки, содержащей N витков тонкой изолированной проволоки, укреплённой на вращающейся подставке. В центре витков расположена магнитная стрелка, свободно вращающаяся вокруг вертикальной оси. Стрелка помещена в коробочку, на дне которой расположен лимб со шкалой.3.2. Методика измерений и расчёта Магнитное поле Земли обусловлено конвективными движениями расплавленного электропроводящего вещества в железно-никелевом ядре. Магнитная ось Земли наклонена на 11,5° к оси вращения. Северный магнитный полюс находится в южном полушарии в точке с координатами 66,5° южной широты, 140° восточной долготы. Южный магнитный полюс находится в северном полушарии в точке с координатами 75° северной широты, 99° западной долготы.Магнитное поле Земли характеризуется тремя элементами: горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля  , магнитным склонением γ (угол между и плоскостью географического меридиана), магнитным наклонением θ (угол между вектором магнитного поля  и плоскостью горизонта). Для города Кемерово: В = 5,8 ∙ 10–5 Тл; ВГ = 1,55 ∙ 10–5 Тл.На рис. 1.2 изображён круговой виток с током. Элемент проводника  создаёт магнитное поле, направленное по оси витка, с индукцией  , величина которой может быть рассчитана по формуле , (1.1)так как  ,  .Модуль вектора индукции магнитного поля в центре кругового витка с током равен  . (1.2)С учётом выбранного направления тока в витке (рис. 1.3) вектор индукции магнитного поля направлен вдоль положительного направления оси Z.  Рис. 1.2. Круговой виток Рис. 1.3. Расположение стрелки с током в плоскости витка с током Катушка тангенс-гальванометра содержит N витков, а относительная магнитная проницаемость воздуха μ = 1, поэтому модуль вектора магнитной индукции в центре катушки равен  . (1.3)Расположим виток (ток по витку не идёт) так, чтобы плоскость витка XOY совпадала с плоскостью магнитного меридиана (рис. 1.3). Для этого нужно поворачивать плоскость витка до тех пор, пока она не совместится с направлением магнитной стрелки. При включении тока I стрелка повернётся на угол φ1 или φ2 в зависимости от направления тока в катушке, которое изменяется переключателем П, и установится по направлению результирующего вектора  или  . По принципу суперпозиции полей . (1.4)Определив угол φ поворота магнитной стрелки, можно найти горизонтальную составляющую вектора индукции магнитного поля Земли  . (1.5)При произвольном положении плоскости катушки по отношению к плоскости магнитного меридиана горизонтальную составляющую магнитного поля Земли можно рассчитать  , (1.6)где φ1 и φ2 – углы поворота магнитной стрелки в зависимости от направления тока в катушке. 3.3. Определение горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля Земли при расположении магнитной стрелки в плоскости витка 3.3.1. Собрать цепь по схеме, изображённой на рис. 1.1. 3.3.2. Совместить плоскость витка с плоскостью магнитного меридиана (стрелка должна находиться в плоскости витка). По лимбу определить положение северного конца магнитной стрелки (угловая координата φ0). 3.3.3. Замкнуть цепь тангенс-гальванометра ключом К и перемещением движка реостата R добиться отклонения стрелки на угол φ1 = |φ0 – φ'| = 35°, где φ' – новая угловая координата северного конца магнитной стрелки. Измерить амперметром силу тока в цепи тангенс-гальванометра. 3.3.4. С помощью переключателя П изменить направление тока в цепи тангенс-гальванометра и измерить угловую координату φ'' северного конца магнитной стрелки, определить угол φ2 = |φ'' – φ0|. Разница между углами φ1 и φ2 по модулю не должна превышать 2°, в противном случае опыт повторять до тех пор, пока не будет получен нужный результат. 3.3.5. Провести измерения для углов φ1 = 40°, 45°, 50° и 55°. Результаты измерений занести в табл. 1.1. Таблица 1.1 Результаты измерений углов и расчёта ВГ при расположении витка в плоскости магнитного меридиана
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||