Определение горизонтальной составляющей

• Название: Определение горизонтальной составляющей
• Дата: 07.12.2021
• Размер: 1 Mb.
• Имя файла: Terekhov_OB-120_LR3_3_var__07dek2021.docx
• Тип: Отчет; #295234

ФГБОУ ВО Сибирская пожарно-спасательная академия
ГПС МЧС России

Кафедра физики, математики и информационных технологий


ИТОГОВЫЙ ОТЧЕТ

по лабораторной работе №3.2

по дисциплине: "Физика"

Тема: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ

ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

«Виртуальная лаборатория VirtLab
«ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ»

(Вариант – 5)

ГОРИЗ СОСТ ДОЛЖНА БЫТЬ В РАЙОНЕ

20 мкТл

ВОТ И ДОКАЗАТЕЛЬСТВО, ЧТО СИЛЫ ТОКОВ ОТСЧИТАНЫ В 10 РАЗ МЕНЬШЕ!..

ЕЩЕ РАЗ: БЕЗ СКРИНШОТ-«ФОТОГРАФИЙ» ЭКСПЕР ДАННЫХ – ЭТУ ЛР НЕ ПРИСЫЛАЙ!!!

НАЙДИ В ИНТЕРНЕТЕ ЗНАЧЕНИЯ ДЛЯ ГОРИЗ СОСТ МАГН ПОЛЯ И ПРИВЕДИ В ОТЧЕТЕ.

ПОКАЖИ, ЧТО ОНИ «ПОХОЖИ»!!!

ПЕРЕДЕЛАТЬ


Выполнил: курсант 120 учебной группы

Рядовой внутренней службы

Терехов Кирилл Владимирович

________________________

Проверил: д.ф.-м.н. профессор

Малый Виталий Петрович

________________________­

«__» ____________2021

Железногорск 2021

ОГЛАВЛЕНИЕ

1 Общая часть 4

1.1Цель работы 4

1.2Объект лабораторных исследований 4

1.3Предмет исследования 5

1.4Время, место и условия проведения лабораторной работы 5

1.5Задачи лабораторных исследований 5

2ПОДГОТОВКА к ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ 7

2.1Вход в программу 7

2.2Запуск программы 7

2.3Выбор раздела физики 7

2.4Выбор номера лабораторной работы 7

2.5Выбор номера лабораторной установки 8

3ХОД РАБОТЫ 8

4ОТЧЁТ О ВЫПОЛНЕНИИ ЗАДАЧИ 1 9

4.1Схема экспериментальной установки в изначальном положении 9

4.2ОзнакомИЛСЯ ьтесь с лабораторной установкой. Запишите в тетрадь значения радиуса катушки r (в метрах) и числа витков N. По формуле (6) рассчитайте константу С; ее значение (в Гн/м2) также запишите в тетрадь. 9

4.3На площадке в центре катушки тангенс-гальванометра установите компас К. Расположите его таким образом, чтобы линия С – Ю или 0 – 180 лежала в плоскости катушки перпендикулярно ее оси. 10

4.4Освободите стрелку компаса. Поверните плоскость катушки так, чтобы стрелка компаса установилась на нулевом делении 10

10

4.5Соберите электрическую схему установки. Расположите ее детали таким образом, чтобы реостат был как можно дальше от тангенс-гальванометра. Проверьте, не нарушилась ли установленная ранее ориентация компаса и плоскости катушки. 11

4.6Замкните контакт переключателя в одно из крайних положений. Перемещая движок реостата и наблюдая за показаниями компаса, установите рекомендуемое значение угла поворота стрелки  ₁ . По показаниям миллиамперметра определите соответствующее значение силы тока I. Не меняя величины тока, измените его направление, перекинув контакт переключателя в противоположное положение. Определите угол отклонения  ₂ . Значения I (в амперах),  ₁ и  ₂ (в градусах) занесите в соответствующие столбцы таблицы. 11

12

12

4.7 Повторить пункт 4.6 (равное N>=7). 12

4.8Экспериментальные данные. 13

I, A 13

5ОТЧЁТ О ВЫПОЛНЕНИИ ЗАДАЧИ 2 13

5.1По формуле рассчитайте константу С (Гн/м²) 13

13

13

5.2Среднее значение угла поворота   13

5.3Выразим из среднего значение угла поворота   tg 14

5.4 Вычислить величину горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли. 14

5.5Определите среднее значение . 15

6ОТЧЁТ О ВЫПОЛНЕНИИ ЗАДАЧИ 3 15

6.1Расчет случайной ошибки 15

6.2Расчет приборной ошибки 15

6.3Полная ошибка 16

6.4Окончательный результат для 55 измерений 16

7Заключительная часть. 16

7.1Вывод: 17

7.2Контрольные вопросы. 17

7.2.1 Магнитное поле. Закон Био-Савара-Лапласа. 17

7.2.2  Индукция магнитного поля кругового тока. Принцип суперпозиции. 17

7.2.3 Оценка погрешностей измерения 17

7.3Ответы на контрольные вопросы 17

7.3.1Магни́тное по́ле — поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения^[1]; магнитная составляющая электромагнитного поля^[2]. 17

7.3.2{\displaystyle \mathbf {B} (\mathbf {r} _{0})={\mu _{0} \over 4\pi }\int {\frac {[\ \mathbf {j} dV,\ \mathbf {r} _{0}-\mathbf {r} \ ]}{|\mathbf {r} _{0}-\mathbf {r} |^{3}}}} Индукция магнитного поля – это векторная величина, модуль которой определяется отношением максимальной (при α = π / 2) силы Ампера, действующей на проводник с током в магнитном поле, к силе тока в этом проводнике и его длине. 18

7.3.3Погре́шность измере́ния — отклонение измеренного значения величины от её истинного (действительного) значения. Погрешность измерения является характеристикой точности измерения. Выяснить с абсолютной точностью истинное значение измеряемой величины, как правило, невозможно, поэтому невозможно и указать величину отклонения измеренного значения от истинного. Это отклонение принято называть ошибкой измерения. 18

1. Общая часть

   1. Цель работы

1) экспериментальное определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.;

2) практическое изучение магнитного поля кругового тока и принципа суперпозиции полей;

3) расчет по результатам экспериментального исследования.

2. Объект лабораторных исследований

Объектом исследования является Система знаний (законов, гипотез, формул) по теме «Исследование электростатического поля».

3. Предмет исследования

Способы, методы и устройства для измерения параметров исследованного электростатического поля и, статистическая обработка результатов измерения.

4. Время, место и условия проведения лабораторной работы

Настоящая лабораторная работа выполняется в соответствии с учебным планом Сибирской пожарно-спасательной академии, а также в соответствии с утвержденной рабочей программой обучения по дисциплине «Физика» в СПСА. Лабораторная работа выполнена в расположении курса на личном компьютере (LENOVO NP350V5C с операционной системой Windows-7 64-разрядная) с использованием программы VirtLab («Виртуальная лаборатория»).

5. Задачи лабораторных исследований

• 
  изучить особенности компьютерной программы «Виртуальная лаборатория» (VirtLab), а именно,
  
• 
  самостоятельно исполнить задания (с выпуском «скриншотов») по программам
  

2. ПОДГОТОВКА к ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

   1. Вход в программу

2. З апуск программы

3. В ыбор раздела физики

4. Выбор номера лабораторной работы

5. В ыбор номера лабораторной установки

3. ХОД РАБОТЫ

1. 
   Выполнить опыт, провести необходимые измерения и внести их в соответствующие ячейки.
   
2. 
   Выполнить анализ экспериментальных данных.
   
3. 
   Доказать правильность выполнения данной ЛР.
   
4. 
   Подготовить в электронный вид итоговый отчет.
   

4. ОТЧЁТ О ВЫПОЛНЕНИИ ЗАДАЧИ 1

Научиться пользоваться готовой виртуальной сборкой схемы для исследования электростатического поля.

1. Схема экспериментальной установки в изначальном положении

2. ОзнакомИЛСЯ ьтесь с лабораторной установкой. Запишите в тетрадь значения радиуса катушки r (в метрах) и числа витков N. По формуле (6) рассчитайте константу С; ее значение (в Гн/м2) также запишите в тетрадь.

3. На площадке в центре катушки тангенс-гальванометра установите компас К. Расположите его таким образом, чтобы линия С – Ю или 0 – 180 лежала в плоскости катушки перпендикулярно ее оси.

4. Освободите стрелку компаса. Поверните плоскость катушки так, чтобы стрелка компаса установилась на нулевом делении

5. Соберите электрическую схему установки. Расположите ее детали таким образом, чтобы реостат был как можно дальше от тангенс-гальванометра. Проверьте, не нарушилась ли установленная ранее ориентация компаса и плоскости катушки.

6. Замкните контакт переключателя в одно из крайних положений. Перемещая движок реостата и наблюдая за показаниями компаса, установите рекомендуемое значение угла поворота стрелки  ₁ . По показаниям миллиамперметра определите соответствующее значение силы тока I. Не меняя величины тока, измените его направление, перекинув контакт переключателя в противоположное положение. Определите угол отклонения  ₂ . Значения I (в амперах),  ₁ и  ₂ (в градусах) занесите в соответствующие столбцы таблицы.

7. Повторить пункт 4.6 (равное N>=7).

При этом менять значение  ₁ от изначально заданного

8. Экспериментальные данные.

Номер опыта	I, A	 1 , град.	 2 , град.	  , град.	tg	В0 , мкТл	В0 , мкТл	(В0 )2, (мкТл)2
1	0,01	30	54	42	0,9	2,2	-0,1	0,01
2	0,012	35	58	46,5	1,05	2,28	-0,02	0,0004
3	0,014	40	62	51	1,23	2,27	-0,03	0,0009
4	0,016	45	66	55,5	1,46	2,19	-0,11	0,0121
5	0,02	50	68	59	1,66	2,41	0,11	0,0121
6	0,024	55	70	62,5	1,92	2,5	0,2	0,04
7	0,028	60	75	67,5	2,41	2,4	0,1	0,01
					 =	16,15	 =	0,0855

5. ОТЧЁТ О ВЫПОЛНЕНИИ ЗАДАЧИ 2

   1. По формуле рассчитайте константу С (Гн/м²)

^-6 -Магнитная постоянная

=

2. Среднее значение угла поворота  

46,5



55,5

59

62,5

=67,5

3. Выразим из среднего значение угла поворота   tg

(1) tg=0,9

(2) tg=1,05

(3) tg=1,23

(4) tg=1,46

(5) tg=1,66

(6) tg=1,92

(7) tg=2,41

4. Вычислить величину горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли.

(1)

(2)

(3)

(4)

(5) Тл

(6) Тл

(7) Тл

5. Определите среднее значение .

6. ОТЧЁТ О ВЫПОЛНЕНИИ ЗАДАЧИ 3

После выполненной работы вычислим погрешности приборов и найденных значений.

1. Расчет случайной ошибки

1. 
   среднеквадратичная ошибка:
   

2. 
   коэффициент Стьюдента для  = 0,95 и п = 7:
   

t_n, = 2,78;

3. 
   случайная ошибка:
   

2. Расчет приборной ошибки

1. 
   абсолютные ошибки прямых измерений:
   

градуса(рад)



где Ц = 3 град – цена деления градусной разметки.

Амперметр:

К_а=0,0002 А

I_max=0,2 А

2. 
   относительные ошибки прямых измерений:
   

длины


компаса

3. 
   абсолютная ошибка косвенного измерения:
   

3. Полная ошибка

1. 
   абсолютная:
   

2. 
   относительная:
   

4. Окончательный результат для 55 измерений

7. Заключительная часть.

Основные результаты работы

1. 
   Выполнены все требования, изложенные в главе «ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ». Установлены
   

• 
  Цель работы
  
• 
  Четыре задачи работы,
  
• 
  Основания проведения ЛР,
  
• 
  Дата, время и место выполнения работы
  
• 
  В тетради подготовлены таблицы для внесения измерительных данных и подготовлены на миллиметровой бумаге заготовки для построения эквипотенциалей
  

2. 
   При решении задачи 1 «Научиться полной сборке схемы для исследования электростатического поля »
   

• 
  Изучено описание и электрическая схема лабораторной работы и лабораторной установки «VirtLab «ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ»
  

1. Вывод:

После проделанной работы мы научились:

• 
  экспериментальное определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.;
  
• 
  практическое изучение магнитного поля кругового тока и принципа суперпозиции полей;
  
• 
  расчет по результатам экспериментального исследования.
  

2. Контрольные вопросы.

   1. Магнитное поле. Закон Био-Савара-Лапласа.

   2.  Индукция магнитного поля кругового тока. Принцип суперпозиции.

   3. Оценка погрешностей измерения

3. Ответы на контрольные вопросы

   1. Магни́тное по́ле — поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения^[1]; магнитная составляющая электромагнитного поля^[2].

Закон Био́ — Савáра — Лапла́са (также Закон Био́ — Савáра) — физический закон для определения вектора индукции магнитного поля, порождаемого постоянным электрическим током. Установлен экспериментально Био и Саваром и сформулирован в общем виде ЛапласомСогласно этому закону, магнитная индукция в вакууме, создаваемая пространственным распределением плотности тока {\displaystyle \mathbf {j} (\mathbf {r} )} , в точке с радиус-вектором {\displaystyle \mathbf {r} _{0}}  составляет (в СИ)

2. {\displaystyle \mathbf {B} (\mathbf {r} _{0})={\mu _{0} \over 4\pi }\int {\frac {[\ \mathbf {j} dV,\ \mathbf {r} _{0}-\mathbf {r} \ ]}{|\mathbf {r} _{0}-\mathbf {r} |^{3}}}} Индукция магнитного поля – это векторная величина, модуль которой определяется отношением максимальной (при α = π / 2) силы Ампера, действующей на проводник с током в магнитном поле, к силе тока в этом проводнике и его длине.

Принцип суперпозиции: Магнитная индукция результирующего поля, создаваемого несколькими токами или движущимися зарядами, равна векторной сумме магнитных индукций полей, создаваемых каждым током или движущимся зарядом.

3. Погре́шность измере́ния — отклонение измеренного значения величины от её истинного (действительного) значения. Погрешность измерения является характеристикой точности измерения. Выяснить с абсолютной точностью истинное значение измеряемой величины, как правило, невозможно, поэтому невозможно и указать величину отклонения измеренного значения от истинного. Это отклонение принято называть ошибкой измерения.

Стр. из